11 maneras en que el grafeno podría cambiar el mundo

El grafeno podría ser uno de los materiales más útiles del mundo. Aunque tiene solo un átomo de carbono de espesor, es muchas veces más resistente que el acero y altamente flexible para arrancar.

Desde que los investigadores lo aislaron por primera vez en 2004, la lista de patentes relacionadas con el grafeno ha crecido exponencialmente cada año. Puede que no pase mucho tiempo antes de que este supermaterial genere una revolución tecnológica que realmente pueda cambiar el mundo.

Aquí hay varios inventos profundos de grafeno que esperamos en el futuro cercano.

1. Combustible del aire

Los mismos investigadores que ganaron el Premio Nobel por aislar el grafeno, Andre Geim de la Universidad de Manchester y sus colegas, han demostrado que el grafeno podría usarse para fabricar generadores eléctricos móviles alimentados por hidrógeno extraído del aire. El equipo de Geim descubrió que aunque el grafeno es impermeable incluso al más pequeño de los átomos, puede usarse para tamizar átomos de hidrógeno despojados de sus electrones.

Esto significa que las películas de grafeno podrían usarse para mejorar enormemente la eficiencia de las membranas conductoras de protones, que son componentes esenciales de la tecnología de celdas de combustible. Geim imagina un futuro en el que los vehículos podrían funcionar con las pequeñas cantidades de hidrógeno en el aire ambiente. "Básicamente, bombeas tu combustible de la atmósfera y le quitas electricidad", dijo Geim.

2. Protección contra los mosquitos.

Aedes aegypti puede ser mortal, pero el grafeno parece tener alguna promesa de protección. (Foto: Muhammad Mahdi Karim [GFDL 1.2] / Wikimedia Commons)

La misma impermeabilidad que entra en juego con las celdas de combustible plantea otros usos potenciales para el grafeno, como mantener a raya a los mosquitos. En esta aplicación, los investigadores encontraron dos vías para bloquear estos insectos mortales.

Investigadores de la Universidad de Brown descubrieron que las capas de grafeno pueden bloquear la capacidad de los mosquitos para detectar químicos asociados con la piel o el sudor, lo que ofrece el potencial de un enfoque inusual y no químico para tratar con ellos. Además de eso, las capas proporcionan una barrera física que los mosquitos simplemente no pueden atravesar. Su trabajo, publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, inicialmente se centró en la solución mecánica, pero rápidamente descubrió la otra habilidad secreta del grafeno.

"Con el grafeno, los mosquitos ni siquiera aterrizaban en el parche de la piel, simplemente no parecía importarles", Cintia Castillho, Ph.D. estudiante de Brown y autor principal del estudio, dijo en un comunicado de prensa de la Universidad de Brown. "Asumimos que el grafeno sería una barrera física para morder, a través de la resistencia a los pinchazos, pero cuando vimos estos experimentos comenzamos a pensar que también era una barrera química que evita que los mosquitos sientan que alguien está allí".

El siguiente paso es trabajar en la creación de una versión de la barrera de grafeno que funcione tan eficazmente cuando está mojado como cuando está seco, ya que los mosquitos pudieron obtener su fascículo o aparato de alimentación a través de la tela cuando estaba mojado.

3. Más agua potable disponible

El grafeno podría ayudar a resolver la crisis mundial del agua. Las membranas hechas de grafeno pueden ser lo suficientemente grandes como para dejar pasar el agua, pero lo suficientemente pequeñas como para filtrar la sal. En otras palabras, el grafeno podría revolucionar la tecnología de desalinización. Los investigadores del MIT han encontrado que "la permeabilidad al agua de este material es varios órdenes de magnitud mayor que las membranas de ósmosis inversa convencionales, y que el grafeno nanoporoso puede tener un papel valioso para la purificación del agua".

De hecho, un tipo de grafeno ha demostrado ser tan efectivo en la filtración de agua que hace que las muestras de agua del puerto de Sydney sean seguras para beber después de pasar por el filtro solo una vez. En un estudio publicado en Nature Communications, los investigadores de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth de Australia (CSIRO) utilizaron una forma de grafeno llamada "Graphair" para hacer que el agua de mar sea potable después de un solo tratamiento.

"Esta tecnología puede crear agua potable limpia, independientemente de lo sucia que esté, en un solo paso", dijo el científico de CSIRO Dong Han Seo en un comunicado. "Todo lo que se necesita es calor, nuestro grafeno, un filtro de membrana y una pequeña bomba de agua. Esperamos comenzar las pruebas de campo en una comunidad del mundo en desarrollo el próximo año".

La investigación adicional publicada en Materials Science & Engineering C en 2019 llevó ese concepto un paso más allá, haciendo obsoleta la necesidad de cloración. Científicos de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia (MISiS) y otros demostraron que inyectando óxido de grafeno en una solución que contiene E. coli, el grafeno "captura" las bacterias formando escamas, según Eureka Alert. Una vez que se extrajeron los copos de la solución, el agua era potable y el grafeno incluso se podía reutilizar.

4. Electrónica

Una red hexagonal de grafeno hecha de átomos de carbono. (Foto: AlexanderAlUS [CC BY-SA 3.0] / Wikimedia Commons)

Olvídate de Silicon Valley; El futuro puede descansar en Graphene Valley. Hoy en día, nuestros dispositivos electrónicos dependen del silicio como componente clave, pero los transistores hechos de silicio se están acercando al tamaño mínimo en el que pueden ser efectivos, lo que significa que la velocidad de nuestros dispositivos pronto tocará fondo. Sin embargo, la naturaleza ultradelgada del grafeno podría ser la respuesta a este problema. Puede que no pase mucho tiempo antes de que el grafeno reemplace el silicio en nuestros dispositivos electrónicos, haciéndolos más rápidos que nunca.

El grafeno también permitirá construir pantallas táctiles súper delgadas y flexibles que serían prácticamente irrompibles. Nunca más tendrá que preocuparse por destrozar su teléfono inteligente.

En 2018, los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la Universidad de Harvard revelaron que el grafeno puede tener propiedades electrónicas aún más sorprendentes. Se puede ajustar para comportarse en dos extremos eléctricos: como un aislante o un superconductor. En otras palabras, el mismo material puede bloquear el flujo de electrones o conducir una corriente eléctrica sin resistencia.

"Ahora podemos usar el grafeno como una nueva plataforma para investigar la superconductividad no convencional", dice Pablo Jarillo-Herrero, profesor asociado de física en el MIT, en un comunicado. "También se puede imaginar hacer un transistor superconductor de grafeno, que se puede encender y apagar, de superconductor a aislante. Eso abre muchas posibilidades para los dispositivos cuánticos".

5. Visión de depredadores

El grafeno ha demostrado ser prometedor para los fotodetectores infrarrojos térmicos. (Foto: Ivan Smuk / Shutterstock)

La clásica película de acción de ciencia ficción "Predator" presenta a un asesino alienígena que tiene la capacidad de ver el mundo en infrarrojo térmico. Ahora, gracias al grafeno, es posible que pueda tener una visión "depredadora". Investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado una lente de contacto de grafeno que permite al usuario detectar todo el espectro infrarrojo, además de la luz visible y ultravioleta.

"Si lo integramos con una lente de contacto u otros dispositivos electrónicos portátiles, expande su visión", dijo Zhaohui Zhong, uno de los investigadores que desarrolla la tecnología. "Le proporciona otra forma de interactuar con su entorno".

6. Un mejor condón

El grafeno incluso puede tener la capacidad de mejorar su vida sexual. Los condones hechos de grafeno pueden ser muy delgados, lo que significa más sensación. También serían súper fuertes, lo que significa que es menos probable que se rompan, la verdadera prueba de cualquier condón.

"Si este proyecto tiene éxito, podríamos utilizar el grafeno, que tocará nuestra vida cotidiana de la manera más íntima", dijo Aravind Vijayaraghavan, el científico de materiales que lidera la investigación de condones de grafeno, en 2013.

La búsqueda de un condón de grafeno ha sido más lenta de lo que algunos defensores esperaban, pero aún continúa. La Fundación Bill y Melinda Gates hizo olas en 2013 cuando financió la investigación sobre los condones de grafeno, y aunque ese esfuerzo ha languidecido un poco, ha demostrado ser bastante prometedor para obtener fondos adicionales. Mientras tanto, al menos una compañía se subió al carro con un "condón inspirado en el grafeno", que en realidad no usa grafeno sino que toma prestada su estructura hexagonal.

7. Un mundo sin óxido

El grafeno podría ofrecer una opción a prueba de herrumbre menos tóxica que algunos métodos existentes. (Foto: Herain Kanthatham / Shutterstock)

Debido a que el grafeno es prácticamente impermeable, un día se podría usar una capa de pintura a base de grafeno para erradicar la corrosión y la oxidación. Los investigadores incluso han demostrado que la cristalería o las placas de cobre cubiertas con pintura de grafeno se pueden usar como recipientes para ácidos fuertemente corrosivos.

"La pintura de grafeno tiene una buena oportunidad de convertirse en un producto verdaderamente revolucionario para las industrias que se ocupan de cualquier tipo de protección contra el aire, elementos climáticos o productos químicos corrosivos", dijo Rahul Nair, uno de los investigadores que desarrollaron la tecnología. ejemplo, industria médica, electrónica y nuclear o incluso construcción naval, por nombrar solo algunos ".

8. Fondo de pantalla brillante

Las paredes brillantes pronto podrían reemplazar la bombilla, gracias al desarrollo de una nueva tecnología de electrodos basada en grafeno que hace que las pantallas sean más delgadas que nunca. Tal "fondo de pantalla" brillante proporciona una luz más agradable y ajustable a través de una habitación que las bombillas, y también se puede hacer más eficiente en energía. Y, seamos sinceros, pocas cosas parecen más futuristas que las paredes iluminadas como "Tron".

"Al usar grafeno en lugar de electrodos metálicos convencionales, los componentes del futuro serán mucho más fáciles de reciclar y, por lo tanto, ambientalmente atractivos", dijo Nathaniel Robinson, de la Universidad de Linköping, donde se está desarrollando la tecnología.

9. humanos biónicos

Si ya se siente demasiado integrado con su tecnología, todavía no ha visto nada. La investigación del grafeno ahora está conduciendo a experimentos donde la electrónica puede integrarse con sus sistemas biológicos. Básicamente, pronto será posible implantarse con dispositivos de grafeno que puedan leer su sistema nervioso o hablar con sus células.

Esto podría conducir a avances en la ciencia médica, ayudando a los médicos a controlar su cuerpo o incluso ajustar sus sistemas biológicos para una salud óptima. La tecnología también podría ayudar a los fanáticos del fitness a rastrear y controlar sus regímenes de entrenamiento.

10. Tintes para el cabello mejores y más seguros

Esta foto muestra pelos rubios antes (izquierda) y después (derecha) de ser teñidos por un pigmento a base de grafeno, cuyo modelo estructural también se muestra a la derecha. (Foto: Chong Luo / Cell Press)

Es posible que esto no cambie el mundo tanto como otras aplicaciones, pero el grafeno también se ha mostrado prometedor como una alternativa más segura a los tintes tóxicos para el cabello. En un estudio de 2018, los investigadores de la Universidad Northwestern informan que el grafeno no solo puede igualar el rendimiento de los tintes permanentes para el cabello, sino que puede hacerlo sin solventes orgánicos o ingredientes moleculares tóxicos. Además de eso, puede ofrecer mejores propiedades antibacterianas, antiestáticas y de disipación térmica al cabello.

Los investigadores rociaron un gel de óxido de grafeno sobre el cabello humano rubio y lo dejaron secar durante 10 minutos. Los mechones de cabello se recubrieron con una película de grafeno de solo 2 micras de espesor, que según los informes se mantuvo en su lugar incluso después de 30 lavados. Según los autores del estudio, las propiedades antiestáticas podrían ofrecer más beneficios estéticos, y el recubrimiento no debería causar daños a su cabello ni a su salud.

"Esta es una idea inspirada por la curiosidad. Fue muy divertido de hacer, pero no sonó muy grande y noble cuando comenzamos a trabajar en ella", dice el autor principal Jiaxing Huang, científico de materiales en Northwestern, en un declaración. "Pero después de profundizar en el estudio de los tintes para el cabello, nos dimos cuenta de que, wow, esto en realidad no es en absoluto un problema pequeño. Y es uno que el grafeno realmente podría ayudar a resolver".

11. armadura a prueba de balas

Dado lo delgado y fuerte que es el grafeno, parece inevitable que también deba usarse para construir chalecos antibalas mejorados. Efectivamente, los investigadores descubrieron que las láminas de grafeno absorbieron el doble de impacto que el Kevlar, el material comúnmente utilizado en los chalecos antibalas. También una mejora sobre el Kevlar, el grafeno es súper ligero y, por lo tanto, menos restrictivo al desgaste. El avance podría ayudar a mantener seguros a nuestros soldados y agentes de la ley cuando nos disparan. La naturaleza delgada del grafeno podría incluso conducir a desarrollos en otras superficies a prueba de balas, como las ventanas.

Nota del editor: este artículo se ha actualizado desde que se publicó originalmente en diciembre de 2014.

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