Evaluacion-ex-ante-para-la-determinacion-del-grado-de-factibilidad-del-grafeno-en-paneles-solares

•

Engenharias

Ingeniería Fácil

14/7/2022

¡Este material tiene más páginas!

Entonces, ¿te gustó este material?

Ayude a animar a otros estudiantes a mejorar el contenido

¿Te gustó este material? ¡Compartir! 🧡

Ingeniería

48.376 Materiales compartidos

Descarga la aplicación para disfrutar aún más

Lea materiales sin conexión, sin usar Internet. Además de muchas otras características!

Vista previa del material en texto

Universidad Nacional Autónoma de
México

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES
“ARAGÓN”

“EVALUACIÓN EX-ANTE PARA LA DETERMINACIÓN DEL GRADO
DE FACTIBILIDAD DEL GRAFENO EN PANELES SOLARES”

T E S I S
PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO INDUSTRIAL (ÁREA PRODUCTIVA)

PRESENTA:
GARCÍA GONZÁLEZ MANUEL ABRAHAM

DIRECTOR DE TESIS
DRA. NELLY RIGAUD TÉLLEZ

FES ARAGON 2014

UNAM – Dirección General de Bibliotecas
Tesis Digitales
Restricciones de uso

DERECHOS RESERVADOS ©
PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL

Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal
del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México).
El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea
objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para
fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro,
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el
respectivo titular de los Derechos de Autor.

Contenido
CAPÍTULO 1 ..................................................................................................................................... 6
ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO................................................................. 6
1.1 Análisis bibliométrico sobre tesis del grafeno ............................................................ 7
1.1.1 Análisis sobre tesis del grafeno. .................................................................................. 9
1.2 Análisis bibliométrico sobre libros que traten del grafeno ................................... 10
1.2.1 Análisis sobre libros que tratan el tema del grafeno. .............................................. 12
1.3 Análisis bibliométrico de patentes que tengan relación con el grafeno ............ 13
1.3.1 Análisis de patentes que tratan sobre el grafeno. ................................................... 15
1.4 Análisis bibliométrico de journal con relación al grafeno..................................... 16
1.4.1 Análisis de journal donde se menciona al grafeno. ................................................. 18
1.5 Análisis general bibliométrico sobre grafeno ............................................................ 18
1.6 Factibilidad técnica ........................................................................................................... 18
1.7 Objetivo de la tesis ............................................................................................................ 20
CAPÍTULO 2 ................................................................................................................................... 22
EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES. ............................................................... 22
2.1 Introducción. ....................................................................................................................... 22
2.2 Estudio de propiedades de un material. ...................................................................... 22
2.3 Estructura del grafeno. .................................................................................................... 23
2.4 MÉTODOS DE OBTENCIÓN. ........................................................................................... 24
2.4.1 Exfoliación mecánica. .................................................................................................. 24
2.4.2 Obtención Epitaxial en Carburo de Silicio. ............................................................... 25
2.4.3 La reducción del óxido de grafito. .............................................................................. 26
2.4.4 Obtención con metal-carbono derretido.................................................................... 26
2.4.5 Obtención a partir de nanotubos. ............................................................................... 26
2.4.6 Obtención a partir de grafito por sonicación. ........................................................... 26
2.5 Propiedades del grafeno .................................................................................................. 27
2.5.1 Comportamiento metálico y efecto de campo eléctrico. ......................................... 27
2.5.2 Electrones del grafeno. Similitud con fermiones de Dirac sin masa. ................... 27
2.5.3 El efecto Hall cuántico anómalo. ................................................................................ 27

2.5.4 Quiralidad. ..................................................................................................................... 28
2.5.5 Paradoja de Klein. ........................................................................................................ 29
2.5.6 Efecto piezoeléctrico. ................................................................................................... 29
2.6 Aplicaciones del grafeno. ................................................................................................ 29
2.6.1 Transistores. .................................................................................................................. 29
2.6.2 Baterías. ......................................................................................................................... 30
2.6.3 Dispositivos Emisores de Luz. .................................................................................... 31
2.6.4 Mejora en captación de fotones. ................................................................................ 31
2.6.5 Pantallas Táctiles. ........................................................................................................ 32
2.6.6 Membranas para filtrar gases. .................................................................................... 32
2.6.7 Supercapacitores. ......................................................................................................... 32
2.6.8 Desalinizadoras. ........................................................................................................... 33
2.7 Celdas Solares o Fotovoltaicas. .................................................................................... 34
2.7.1 Historia de las celdas fotovoltaicas ............................................................................ 34
2.7.2 Descripción. ................................................................................................................... 36
2.7.3 Estructura de una celda solar. .................................................................................... 36
2.7.4 Proceso de producción de una celda Fotovoltaica (FV)......................................... 45
CAPÍTULO 3 ................................................................................................................................... 48
MARCO TEÓRICO: INSTANCIAS DE LA EVALUACIÓN EN LA TOMA DE DESICIONES
........................................................................................................................................................... 48
3.1 Evaluación. .......................................................................................................................... 48
3.1.1 Objetivos de la evaluación. ......................................................................................... 49
3.1.2 Modelos de Evaluación ................................................................................................ 50
3.2 Teoría de decisiones......................................................................................................... 51
3.2.1 Criterios: objetivos, atributos y metas. ...................................................................... 51
3.2.2 Pesos. .............................................................................................................................52
3.2.3 Alternativas o decisiones posibles. ............................................................................ 53
3.2.4 Matriz de valoración ..................................................................................................... 53
3.2.5 Solución eficiente. ........................................................................................................ 54
3.3 Fases de un proceso de toma de decisión multicriterio. ........................................ 54
3.4 Principales métodos de decisión multicriterio discretos. ...................................... 55

3.4.1 La escuela americana. ................................................................................................. 55
3.4.2 La escuela europea. ..................................................................................................... 63
3.4.3 Método de Arrow-Raynaud. ........................................................................................ 69
CAPÍTULO 4 ................................................................................................................................... 71
ESTRATEGIA DE DETERMINACIÓN DE FACTIBILIDAD DEL GRAFENO EN PANELES
SOLARES. ....................................................................................................................................... 71
4.1 Introducción ............................................................................................................................ 71
4.2 Definiciones y conceptos básicos. ............................................................................... 71
4.3 Impacto Económico. ......................................................................................................... 72
4.3.1 Criterios asociados al impacto económico. .............................................................. 73
4.3.2 Síntesis del Impacto Económico. ............................................................................... 80
4.4 Impacto Normativo. ........................................................................................................... 81
4.4.1 Criterios de Evaluación del Impacto Normativo. ...................................................... 83
4.4.2 Síntesis del Impacto Normativo. ................................................................................ 87
4.5 Impacto sobre el medio ambiente. ................................................................................ 88
4.5.1 Criterios asociados al impacto del Medio Ambiente. .............................................. 88
4.5.2 Síntesis del Impacto del Medio Ambiente. ............................................................... 91
4.6 Aceptación pública. .......................................................................................................... 92
4.6.1 Criterios Asociados a la aceptación Pública. ........................................................... 92
4.6.2 Síntesis del Impacto de Aceptación Pública ............................................................ 97
4.7 DETERMINACIÓN DE FACTIBILIDAD DEL GRAFENO EN PANELES SOLARES
....................................................................................................................................................... 98
4.8 PROCESO DE TOMA DE DECISIONES. ..................................................................... 101
CAPÍTULO 5 ................................................................................................................................. 105
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................................... 105
5.1 Conclusiones .................................................................................................................... 105
5.2 RECOMENDACIONES..................................................................................................... 106
Bibliografía ..................................................................................................................................... 107

Agradecimientos:

Esta tesis está dedicada a mi Madre, a quien agradezco de todo corazón su amor,
cariño, comprensión y apoyo. En todo momento la llevare conmigo.

Agradezco a mis hermanas por el apoyo, la compañía y las veces que me dieron
palabras de aliento.

Agradezco a Dios por permitirme llegar a cumplir una de las metas más
importantes de mi vida.

A esas personas que han estado conmigo apoyándome a lo largo de la carrera y
que significan mucho, quiero agradecerles esta tesis.

Finalmente agradezco a la directora de tesis y a los maestros que me han
apoyado siempre y han brindado ese amor por el conocimiento.

CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
6

CAPÍTULO 1
ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO.
A continuación se presenta un análisis bibliométrico del tema referido al material del
grafeno con el propósito de determinar su importancia (en términos del número de
publicaciones y su crecimiento en el tiempo) asimismo visualizar un primer acercamiento
de los temas que han causado mayor interés en diferentes ámbitos profesionales y
científicos.
Para la realización del estudio bibliométrico se ha realizado considerando estrategias
referidas a la vigilancia tecnológica, la cual consiste en la observación y el análisis del
entorno científico, tecnológico y de los impactos económicos presentes y futuros, para
identificar las amenazas y las oportunidades (referidas a las publicaciones científicas y
relacionadas con el objeto de estudio en consideración.
A continuación se muestra el siguiente en el cual se ha realizado un análisis del entorno
seguido por la difusión de las informaciones seleccionadas y analizadas, útiles para la
toma de decisiones estratégicas.

La figura 1 indica que el análisis de las publicaciones está referido a un proceso de
obtención, interpretación y difusión de información de valor estratégico sobre la industria
de carácter competitivo, tecnológico, comercial y vigilado del entorno, que se transmite a
los responsables de la toma de decisiones en el momento oportuno (Gibbons & Prescott,
1996).

Figura 1. Tipos de vigilancia.
Vigilancia competitiva:
Competidor actual y potencial
Vigilancia comercial
Clientes, mercados, proveedores
Vigilancia tecnológica
Tecnologías disponibles
y/o emergentes
Vigilancia del entorno
Sociología, política,
reglamentaciones, medio
ambiente...
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
7

1.1 Análisis bibliométrico sobre tesis del grafeno.
A continuación se procesó información del grafeno en tesis publicadas por un buscador especializado llamado Proquest.
Algunos de estos datos se muestran en forma de tabla (tabla 1) y son los siguientes:
Tabla 1. Tesis que traten o esten relacionadas con el tema del grafeno.
No. TESISTA TITULO DE TESIS UMI Number Año Tema
1 Muge Acik Surface Science And Engineering Of Reduced Graphene Oxide
For Graphene-Based Nano-Electronics And Ultracapacitors
3507586 2012 Electricidad
2 Josef Aaron Velten Carbon Nanomaterials As Charge And Energy Collectors In Dye
Sensitized Solar Cells And Tandems
3507673 2012 Electricidad
3 Wenzhong Bao Electrical And Mechanical Properties Of Graphene 3503258 2012 Ciencia y
tecnología
de los
materiales
4 WeiWu Synthesis Of Graphene By Chemical Vapor Deposition And
Its Applications In Electronics And Sensing
3500053 2011 Electricidad
5 Albert Manglallan
Dato
Substrate-Free Gas-Phase Synthesis Of Graphene 3411220 2009 Química

Posteriormente con la información previamente obtenida se procedió a graficar por tema y periodo, como se muestra en las
siguientes tablas 2 y 3:
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
8

Tabla 2. Relación tesis- tema.
TEMA DE TESIS No.Grafeno 187
Nanotecnología 110
Ciencia y Tecnología de
Materiales 40
Electricidad 34
Química 50
Física 63
Otros 8

Tabla 3. Relación periodo-No. Tesis.

Periodo
No. Tesis
periodo
1990-1999 1
2000-2009 135
2010-2013 356
Gráfica Tema de Tesis
GRAFENO
NANOTECNOLOGÍA
CIENCIA Y
TECNOLOGÍA DE LOS
MATERIALES
ELECTRICIDAD
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1990-1999 2000-2009 2010--2013
Gráfica Periodo
No. Tesis
Figura 2: Gráfica relación de número-tema de tesis.
Figura 3: Gráfica relación periodo-No. Tesis.
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
9

1.1.1 Análisis sobre tesis del grafeno.

Como se puede observar en las tablas y gráficas presentadas anteriormente el tema del
grafeno, es relativamente nuevo por su crecimiento exponencial al 2013.
Con respecto a la tabla 2 y su respectiva grafica el principal tema de estudio es el
grafeno, esto es debido a que la mayoría de los trabajos de tesis se enfocan a lo que son
la propiedades del grafeno ya que este es un material relativamente nuevo, y solo se
enfocaban en obtener información sobre este, posteriormente vemos que el tema que
ocupa la segunda posición es la nanotecnología ya las principales aplicaciones del
grafeno se les está dando un enfoque que va encaminado hacia este tema.
En el caso de la tabla 3 se observa que la investigación y atención de este tema en el
rubro de tesis va en aumento ya que se ha descubierto que el grafeno puede ser de gran
importancia como se mencionó anteriormente para la nanotecnología que es una ciencia
en pleno apogeo.

CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
10

1.2 Análisis bibliométrico sobre libros que traten del grafeno.
A continuación se muestra un recopilado de algunos libros que tratan sobre el tema del grafeno como se observa en la tabla 4.
Tabla 4. Libros relacionados con el tema del grafeno.
No
.
TITULO AUTOR AÑO ISBN/ISSN TEMA
1 Graphene, carbon nanotubes, and
nanostructures
James E. Morris, Kris Iniewski 2013 9781466560567 Nanotecnología
2 Graphene : fundamentals and
emergent applications
Jamie H. Warner, Franziska
Schaeffel, Mark Hermann Rummeli,
Alicja Bachmatiuk
2013 9780123945938 Grafeno
3 Graphite, graphene, and their
polymer nanocomposites
Prithu Mukhopadhyay and Rakesh K.
Gupta
2013 9781439827796 Nanotecnología
4 Graphene : properties, synthesis,
and applications
Zhiping Xu 2012 9781614709497 Grafeno
5 Graphene : carbon in two
dimensions
Katsnelson, Mikhail Iosifovich 2012 9780521195409 Grafeno
6 Advanced functional materials Sanyal, Biplab, 2012 9780444536815 Ciencia y
tecnología de
materiales
7 Physics and Applications of Graphene -
Experiments
Sergey Mikhailov 2011 9789533072173 física
8 Physics and Applications of Graphene -
Theory
Sergey Mikhailov 2011 9789533071527 Grafeno
9 Graphene - Synthesis, Characterization,
Properties and Applications
Jian Ru Gong 2011 9789533072920 Ciencia y
tecnología de
materiales
10 Carbon nanotube graphene device
physics
Wong, Hon-Sum Philip 2011 9780521519052 Electricidad
http://www.intechopen.com/books/show/title/physics-and-applications-of-graphene-experiments
http://www.intechopen.com/books/show/title/physics-and-applications-of-graphene-experiments
http://www.intechopen.com/books/show/title/physics-and-applications-of-graphene-theory
http://www.intechopen.com/books/show/title/physics-and-applications-of-graphene-theory
http://www.intechopen.com/books/show/title/graphene-synthesis-characterization-properties-and-applications
http://www.intechopen.com/books/show/title/graphene-synthesis-characterization-properties-and-applications
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
11

Con los datos que se muestran en la tabla se procede a realizar la graficas siguientes:

Figura 4: Gráfica relación año-No. Libros.

Figura 5: Gráfica relación tema-No. Libros.
0
1
2
3
4
2011 2012 2013
Gráfica Periodo
año
Gráfica No. de Libros por Tema
Grafeno
Ciencia y Tecnología
de Materiales
Nanotecnología
Física
Electricidad
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
12

1.2.1 Análisis sobre libros que tratan el tema del grafeno.

Como se puede observar en la gráfica 3 y 4 hay muy pocos libros ya que este material
esta en exploración ya que fue recién descubierto en el 2003 y se le comenzó a dar
importancia en el 2010 con el premio nobel de Física que obtuvieron Andre Geim y
Konstantin Novoselov (Reuters, 2010) con este material.
Como se puede observar en la gráfica enlazada a esta tabla la publicación de libros sobre
este tema es similar en todos los años que se contabilizaron.
En la otra gráfica se observó que el tema de mayor importancia es el del grafeno ya que la
mayoría de los libros se enfocan en explicar lo que es este material en sí, seguido de
Ciencia y Tecnología de los materiales, y Nanotecnología ya que estos dos temas se
enfocan en dar algunas sugerencias en cómo se usa y podría utilizar este material.
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
13

1.3 Análisis bibliométrico de patentes que tengan relación con el grafeno.
A continuación se muestra una tabla donde se enseñan algunas patentes que tienen relación con el grafeno.
Tabla 5. Patentes relacionadas al grafeno.
PATENTE AUTOR ISSN AÑO P
1 GRAPHENE OPTICAL SENSOR Ali Afzali, Ossining(US); Ageeth A. Bol,
Yorktown Heights (US); Amal Kasry, White
Plains(US); and George S. Tulevski, White
Plains (US)
US 8,395,774
B2
2012
2 METHOD FOR GROWTH OF HIGH QUALITY GRAPHENE
FILMS
Gouri Radhakrishnan(US); and Paul
Michael Adams (US)
US 8,388,924
B2
2012
3 SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR
FABRICATING THE SAME
Yuichi Yamazaki (Japan); Makoto
Wada(Japan); and Tadashi Saka (Japan)
US 8,378,335
B2
2012
4 DEFROSTING, DEFOGGING AND DE-ICING STRUCTURES Rajesh Raghavan (India); and Senthil
Kumar Vadivelu(India)
US 8,431,869
B2
2011
5 SYNTHESIZING GRAPHENE FROM METAL-CARBON
SOLUTIONS USING ION IMPLANTATION
Luigi Colombo (US); Robert M. Wallace
(US); and Rodney S. Ruoff(US)
US 8,309,438
B2
2010
6 GRAPHENE-BASED STRUCTURE, METHOD OF
SUSPENDING GRAPHENE MEMBRANE, AND METHOD OF
DEPOSITING MATERIAL ONTO GRAPHENE MEMBRANE
Alexander K. Zettl, Kensington(US); and
Jannik Christian Meyer(Germany)
US 8,409,450
B2
2010
7 GRAPHENE OXIDE DEOXYGENATION S Scott Gilje, Los Angeles(US) US 8,317,984
B2
2010
8 DYE DOPED GRAPHITE GRAPHENE SOLAR CELL ON
ALUMINUM
Lawrence Curtin, Fort Pierce (US); and
Zechariah K. Curtin (US)
US 8,481,850
B2
2010
9 NANODEVICES FOR SPINTRONICS AND METHODS OF
USING SAME
Igor Zaliznyak, Port Jefferson (US); Alexei
Tsvelik, Stony Brook(US); and Dmitri
Kharzeev, Port Jefferson (US)
US 8,378,329
B2
2010
10 LARGE-AREA SINGLE- AND FEW-LAYER GRAPHENE ON
ARBITRARY SUBSTRATES
Jing Kong, Winchester(US); Alfonso Reina
Cecco, Cambridge(US); and Mildred S.
Dresselhaus (US)
US 8,535,553
B2
2010

En base a la tabla anterior se realizó una gráfica de las patentes que se publicaron por año:
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
14

Tabla 6. Relación No. Patentes-Año.
AÑO No.
Patentes
2010 6
2011 1
2012 3

Figura 6: Gráfica relación No. Patentes-año.
Posteriormente se realizó otra tabla, la cual se separaban el número de patentes por tema
Tabla 7. relación tema- No. Patentes.

Tema No.Patentes
Electricidad 2
Química 5
Ciencia y
Tecnología de
Materiales 1
Nanotecnología 1
Grafeno 1
Gráfica No. Patentes por Tema
Electricidad
Química
Ciencia y Tecnología de
Materiales
Nanotecnología
Figura 7: Gráfica relación No. Patentes-tema.
0
1
2
3
4
5
6
2010 2011 2012
Gráfica de No. Patentes por año
No. Patentes poraño
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
15

1.3.1 Análisis de patentes que tratan sobre el grafeno.
Como se observa en los datos recopilados anteriormente sobre las patentes, el grafeno se
ha usado en diversas investigaciones desde métodos para obtenerlo con mayor calidad y
eficiencia, para crear sensores y como parte de otras investigaciones como celdas
solares.
En la figura 5 se muestra una gráfica donde podemos observar como la mayoría de
patentes se dieron en el 2010 y éstas principalmente se enfocaban en métodos de la
obtención del grafeno y sus derivados, posteriormente en el 2011 solo se dio una
patente donde se en empezaba a utilizar el grafeno como material y para el 2012 ya se
dieron más patentes que involucraban el uso de este material y una mejor forma de
obtener este con una calidad mayor a los métodos anteriores de obtención.
Como se explicó en el párrafo anterior la mayoría de patentes se enfocaban en la forma
de obtención de este material y sus derivados de este por ende como se puede observar
en la gráfica 6 el tema de mayor relevancia es la Química.

CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
16

1.4 Análisis bibliométrico de journal con relación al grafeno.
A continuación se muestra la tabla 7 donde se muestran algunas publicaciones (journal) recopilados en la presente investigación.
Tabla 8. Journal que aborden el tema del grafeno.
No. Titulo AUTOR AÑO ISBN/ISSN TEMA
1 Graphene Transistors for Bioelectronics

Hess, Lucas H; Seifert, Max; Garrido, Jose A 2013 0018-9219 Nanotecnología
2 Graphene–nickel composites

Kuang, Da; Xu, Liye; Liu, Lei; Hu,
Wenbin; Wu, Yating
2013 0169-4332 Ciencia y
Tecnología de
Materiales
3 Graphene and graphene/polymer
nanocomposites

B. K. Kim 2012 1788-618X Ciencia y
Tecnología de
Materiales
4 Amplifying graphene

Davies, D 2012 0013-5194 Electricidad
5 Graphene Sensors

Hill, E. W; Vijayaragahvan, A; Novoselov, K 2011 1530-437X Electricidad
6 Electronic transport in
polycrystalline graphene

Yazyev, Oleg V y Louie, Steven G 2010 1476-1122 Ciencia y
Tecnología de
Materiales
7 Graphene oxide nanocolloids

Luo, Jiayan; Cote, Laura J; Tung 2010 0002-7863 Química
8 Improved synthesis of graphene oxide

Marcano, Daniela C; Kosynkin, Dmitry V 2010 1936-086X Química
9 Epitaxial graphene on ruthenium

Sutter, Peter W; Flege, Jan-Ingo; Sutter, Eli A 2008 1476-1122 Química
10 The rise of graphene

Geim, A K y Novoselov, K S 2007 1476-1122 Ciencia y
Tecnología de
Materiales
Con base a los datos recopilados que se mencionaron anteriormente se realizaron dos nuevas tablas 8 y 9 con base a su totalidad
tomada para este estudio y se realizó su respectiva gráfica de cada tabla.
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwNV1NC8IwDC2i4Hmg_RUbrbVrcxanMPSgDj9uTdvcZf5_zDY9hXfKIeHlJfDIYAMGp2zUDr3xzmi0LkQASwlTii4NZ-zD1Vwv5nWy7fRTfSSrphCz3K9E1-xvu2P5ewZQBr21UAJqJCIbNl4FowINFuCaOBGYOmZWIcjDHD2onB2iSyz0YwLyGVJIRHot5rxQZykWxIXlyGQrmRmlWD7g3vlne55g8YdVPxqfqvdHMrePfVGaSn0BkIE3Ew
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Hess%2C+Lucas+H%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Seifert%2C+Max%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Garrido%2C+Jose+A%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwNV1NC8IwDC2i4Hmg_RUd7bra9ixOYejBOfy4rW1yl_n_Md30FHLO4yUvIUleA_ZWmqhscNpZrYKxQ_TeYAopRZtyG_vY6e6qX2fTzqeZJtJqCraAccP65nDbn8TvGYCI-eabiBJlhcEgpcgaMSCoSLVCtHlQJaHeVWDkYMFhCA4Btc3iJdVAgBwgRLVlSxLUwNkKKbBkiWw5MSNn64e_9-7ZXma3-LvlOC0-le8PJ26fcCF0Kb-BzjbU
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Kuang%2C+Da%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Xu%2C+Liye%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Liu%2C+Lei%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Hu%2C+Wenbin%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Hu%2C+Wenbin%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Wu%2C+Yating%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwNV1NC8IwDC2i4Hmg_RUbq23W9CxOYejBTfy4rU13l_n_Md30FN454T3y8UiyATtbQlDWo0arlQfbB-dgIE8ULKUx9rHV7VW_ztDMZ4cTidWZWMRxI7r60O1P-e8ZQE7pOAdYxqOrYIdkVAiOeht7QBxQBaRAPnJ7FZ0HrsHKsAqRgd6EtNTzQ0SntmLJ_XSUYjVwXjky10omRinWD3e_4bO5zDD7w2KcfE_F-yOZ2qeyyHVRfgEShjX4
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwNV1NC8IwDC2i4Hmg_RUbq23W9CxOYejBTfy4rU13l_n_Md30FN454T3y8UiyATtbQlDWo0arlQfbB-dgIE8ULKUx9rHV7VW_ztDMZ4cTidWZWMRxI7r60O1P-e8ZQE7pOAdYxqOrYIdkVAiOeht7QBxQBaRAPnJ7FZ0HrsHKsAqRgd6EtNTzQ0SntmLJ_XSUYjVwXjky10omRinWD3e_4bO5zDD7w2KcfE_F-yOZ2qeyyHVRfgEShjX4
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22B.+K.+Kim%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwRV09C8JADD1EwcFJ0P6KlmvTM3ezWIWig634sTWXu13q_8e0Kk7hkSFDwstLIGQ4A3aojc-RLFiEnAx23jkTmZg98rDG3jfQnOFxNPXiT1bVUk1Cv1JttWu3h_T7DCD1CJBaGeLihvPOhjxCQZoimSC9n0rUbAeVTGWpg0YuiBw7cF3BnXjReSsyYq2mMk-HRM2i5FWscG0isRM1v7nrxd7r0wcufzDrx7un7PlKhNrHskgh02_6ijW-
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Davies%2C+D%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwRV1NC8IwDC2i4MGToP0VG2u7tM1ZnMLQg3P4cVu_wKPM_4_ZVDyFd8ohj5e8QMhwBoymAC-Ms8oaJRyYziNCCi4Eb8Kwxt41qjmp-wHqxV-kqiWbxH7F2mp73uyz7zOA7CGIhVmJ0uqUnPadoR4UwQNBiVJ6cuReaITQkR0oIg3kDlVUpY7SgU86YimdWLMpGerI2SxRYSmS2HJKztn8ipfW3urjBy5_MO_Hw6f8-eKk7SMvMpUXbxPVNcg
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Hill%2C+E.+W%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Vijayaragahvan%2C+A%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Novoselov%2C+K%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwNV3LCsJADFxEwbOg_YqWbtNtds9iFYoerMXHbXeT3qX-P6atnsKcckiYYQJDxhiww9xEjcGCRdDBoI_OmZ4CUUQaz9jHFtorvM6mmX-qT2xeb9SCh63q6sNtf0p_zwBSX1RYppYNE-d5RFN6kS0i68cQJ0BvKQZmH4I4vZ7RaRbZBR0NFEH7KgbnkPROLcVQc6JWvQxWqpBtIo0TtX64e2efzWWGmz_Mhin4lL0_iXD7tBcpZPkXgSo2vA
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwNV3LCsJADFxEwbOg_YqWbtNtds9iFYoerMXHbXeT3qX-P6atnsKcckiYYQJDxhiww9xEjcGCRdDBoI_OmZ4CUUQaz9jHFtorvM6mmX-qT2xeb9SCh63q6sNtf0p_zwBSX1RYppYNE-d5RFN6kS0i68cQJ0BvKQZmH4I4vZ7RaRbZBR0NFEH7KgbnkPROLcVQc6JWvQxWqpBtIo0TtX64e2efzWWGmz_Mhin4lL0_iXD7tBcpZPkXgSo2vA
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Yazyev%2C+Oleg+V%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Louie%2C+Steven+G%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwNZ1NC8IwDIaLKHgeaH9FR7uuX2dxCkMPzuHHrUk3zzL_P2abnkLOSZ4mgTcdZcDBSYPKgdfeaQXGRQzB9AlSQpfGNfah0c1FP0-mnk8zTfCqMrbohg1rq_11dxS_zwDEi4oyCOtjiUX0FgPEgKP4xkGRiL_0QCGkcmycVbROWigpM6PUvY4aDMrOKizUli1poO44W_UUWLIEW05k5Gx9D7fWP-rz7GZ_Nx8m4VP-_nBi-5QXQufyC_p8NXc
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Luo%2C+Jiayan%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Cote%2C+Laura+J%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Tung%2C+Vincent+C%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwNV1NC8IwDC2i4FnQ_oqNbmltexanMPTgJn7c1qY5K_P_Y7bpKck54T1e4CWDDdhbZWJhgwNnoQjGdtF7QxgQo8VhjX1ooLnA82Tq6RvKCFrVSsxSvxZttW93x-z3DCB7OTuc5i5ZcUOh7dYkStQxU5Lqkkb0pDGWYJPiLBACBuNjKEl7JE-JKY85aiPmrKeTFAvivnJkrJUMjFIs7_52dY_6PJWrf5n3o-8pf38kQ_s4Fhnk6gtOoTao
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Marcano%2C+Daniela+C%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Kosynkin%2C+Dmitry+V%22http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwRV09C8JADD1EwcGpoP0VLXcN19zNYhWKDtbix9b7yC71_2OuKk7hTRkSXnghH2kN2KLUXqEzYBCU0zh4azUFF4LHkNrY-w66MzyOul39yavJxCyOa9E3u8v2UHyfARS-SmMELBOUMy46rGtUyhH5gaIKrKpk7cmHCDJirDX4Kt1KBKOpihYrTVwlCdRGzFlQx1wsiAPLlsk2Z-e5WN7stTf39vSB2Q-W47T4VD5fOXP7lBcFlPINSJ02HQ
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Sutter%2C+Peter+W%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Flege%2C+Jan-Ingo%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Sutter%2C+Eli+A%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/2.0.0/link/0/eLvHCXMwNV1NC8IwDC2i4Hmg_RUb60LX9CxOYehBHX7c2jS7y_z_mG16CoHc8nh5CSQZ14C9Ky0ZFxHQgYnWBfLe9immRC6NY-zDFa4XeJ1sO59mmsirydSCh43qmv1td8x_zwBykholKjBgnUSrAIaSGUNl2MQKQp_YYHQUBElEILEILJ05eJLanbgWTAfPtdmqpTTUrNWql8SKFbLVwoxarR_-3uGzPc9u9neLYVp8Kt4fLdw-4SKHovwCKO414A
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Geim%2C+A+K%22
http://conricyt1.summon.serialssolutions.com/search?s.dym=false&s.q=Author%3A%22Novoselov%2C+K+S%22
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO
17

Tabla 9. Relación Tema-No.Patemas.

Tabla 10. Relación Periodo-No Pub.

Tema
No.
Journal
Electricidad 2476
Química 11794
Ciencia y
Tecnología de
Materiales 9238
Nanotecnología 16909
Grafeno 9678
Física 2996
Periodo
No.
Publicaciones
1990-1999 1846
2000-2009 13315
2010-2013 37930
Gráfica Tema de Journal
Electricidad
Química
Ciencia y Tecnología de
Materiales
Nanotecnología
Grafeno
Fisica
0
10000
20000
30000
40000
1990-1999 2000-2009 2010-2013
Gráfica No. De Publicaciones Journal
No. De Publicaciones
Figura 8: Gráfica relación No. Journal-tema.
Figura 9: Gráfica relación No. Publicación-año.
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO

1.4.1 Análisis de journal donde se menciona al grafeno.
En esta investigación se observó que las publicaciones de los artículos son de carácter
científico y en el descubrimiento de nuevas aplicaciones que tienen que ver con este
material que es el grafeno y se ve que este material va a ser muy importante en los años
venideros en base a los descubrimientos de las aplicaciones que este material nos ofrece
gracias a sus características.
Como se puede observar en la gráfica 7 los textos se enfocan más hacia el tema de la
Nanotecnología ya que este material gracias a sus características particulares les ha
permitido realizar componentes más pequeños de los que hay actualmente y esto influye
en el desarrollo de nuevas tecnologías.
En la gráfica 8 se establece la relación del tiempo y el número de textos que se han
publicado en cierto periodos de tiempo y cómo podemos ver este material ha tenido un
fuerte impacto ya que va en incremento la publicación de artículos sobre este material.
1.5 Análisis general bibliométrico sobre grafeno.
Con base a las gráficas y en el análisis realizado se visualiza que el tema más importante
es el de la Nanotecnología, adquiere su importancia por el interés generado los diversos
autores e investigadores así como sus impactos futuros en el desarrollo sustentable, si
bien también tuvo mucho impacto sobre las gráficas el tema del grafeno, se considera que
este tema ya se ha investigado y dicho lo suficiente sobre el que son sus características,
propiedades y métodos de obtención.
Para la presente tesis se abordaran aspectos de nanotecnología ya que se considera que
este tema tiene un presente y futuro brillante ya que se están desarrollando, descubriendo
y perfeccionando nuevas tecnologías donde tiene gran participación el grafeno.
1.6 Factibilidad técnica.
A continuación se muestran algunas aplicaciones de la posible factibilidad técnica,
podrían ser financiera y económicamente viables para su futura producción:
a) Pantallas OLED (diodo orgánico de emisión de luz): es un dispositivo de
visualización fabricado con materiales semiconductores orgánicos. Debido a su
escaso consumo de corriente y, sobre todo, por su flexibilidad y delgadez,
podemos encontrar en el comercio incorporada en televisores, reproductores de
MP3 o móviles.

Investigadores trabajan en adaptar la tecnología OLED con el grafeno para que, además
de emitir luz, sea capaz de recogerla como si se tratara de una placa solar. De este modo,
podríamos disfrutar de pantallas que se autoalimentaran y no necesitaran baterías para
funcionar. (El indagador tecno-científico, 2014).

b) Baterías de gran duración (Súper baterías, super capacitores): Se le llama
capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. Un gran avance en el
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO

desempeño de los capacitores ha sido alcanzado con el desarrollo de un
dispositivo que puede almacenar tanta energía como una batería y es capaz de
recargarse en segundos.

Con la gran área de superficie de sus electrodos y el espacio extremadamente pequeño
que hay entre estos, los supercapacitores, también conocidos como capacitores eléctricos
de doble capa o capacitores electroquímicos, pueden almacenar una gran cantidad de
carga eléctrica en un pequeño volumen. El nuevo dispositivo tiene electrodos hechos de
grafeno mezclado con un negro de acetileno llamado Super P que actúa como un aditivo
conductor y un aglutinante que mantiene todo unido. La mezcla resultante se cubre dentro
de la superficie de un colector de corriente y es ensamblado en forma de capacitores del
tamaño de una moneda. (el grafeno, 2014).

c) Paneles solares: Los paneles solares son módulos que son capaces de
aprovechar la energía emanada por el Sol. Los paneles solares de tipo
fotovoltaicos se encuentran compuestos por cientos de celdas que se encargan de
convertir la luz en electricidad.

Se estima que si las células solares con grafeno alcanzaran eficiencias de conversión de
un 10 por ciento sobre las otras tecnologías y podrían ser un claro competidor en el
mercado de los paneles solares, siempre y cuando sus costes de producción sean
mantenidos en un nivel lo bastante bajo.

El grupo de Dispositivos Fotovoltaicos y Optoelectrónicos (DFO) de la Universidad Jaume
I de Castellón, dirigido por el catedrático de Física Aplicada Juan Bisquert, junto con
investigadores de la Universidad de Oxford, han creado y caracterizado un dispositivo
fotovoltaico basado en una combinación de óxido de titanio y grafeno como colector de
carga y perovskita como absorbedor de luz solar.

El dispositivo presenta una alta eficiencia y se fabrica a bajas temperaturas, con capas
procesadas a menos de 150ºC. Según los investigadores, esto es muy interesante de
cara a su fabricación a gran escala por la industria, ya que supone bajos costes de
producción y su posible uso en dispositivos flexibles plásticos. (sinc la ciencia es
tecnología, 2014)

En el estudio se han combinado los nuevos y prometedores materiales basados en esta
estructura, que absorben luz solar con gran eficacia, con el grafeno, el material que más
interés despierta en la actualidad por su propiedades, versatilidad y bajo coste. Este está
formado por monocapas de carbono y se puede aplicar en dispositivos como las baterías
de litio de altas prestaciones, electrónica y pantallas de vídeo. (Jacob Tse-Wei Wang,
2013)

El resultado supone un record de eficiencia de célula solar con grafeno de un 15,6%. Esta
eficiencia supera la que se obtiene al combinar el grafeno con el silicio, que es el material
fotovoltaico por antonomasia.
Según sus promotores, este desarrollo constituye un nuevo hito para el espectacular
avance de las células solares.

CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO

d) Tejidos humanos basados en grafeno: El grafeno está formado por carbono, un
elemento básico en la composición de los seres vivos. Pero su estructura se
presenta en formade láminas del grosor de un átomo, lo que permite que sea muy
flexible. Los enlaces entre las moléculas son resistentes, un aspecto que da
estabilidad al compuesto. (think big, 2014).

Lo más destacado que los investigadores han descubierto en sus experimentos es que un
dispositivo construido con grafeno puede interactuar con los fluidos de su alrededor. De
esta forma, la prótesis funcionaría apoyándose en el entorno.
El equipo de científicos de la Universidad Técnica de Múnich ha estado haciendo pruebas
en las células ganglionares de la retina, un tipo de neuronas situadas en la parte interna
de esta membrana. (think big, 2014).

e) Procesadores de alta velocidad: Un procesador es parte de cualquier
computadora o de equipos electrónicos digitales y es la unidad que hace las veces
de “motor” de todos los procesos informáticos desde los más sencillos hasta los
más complejos.

IBM creó un procesador basado en el grafeno, una estructura laminar plana de un átomo
de grosor compuesta por átomos de carbono en forma de panal de abeja, que se puede
ejecutar 100 mil millones de ciclos por segundo (100GHz), casi cuatro veces la velocidad
de los chips actuales fabricados con silicio.

Con esta investigación, IBM también demostró que los transistores basados en el grafeno
pueden ser producidos en delgadas obleas, lo que podría allanar el camino para la
producción a escala comercial de chips de grafeno. De ser comercializado, los
procesadores de grafeno podrían ser la base para diferentes procesos, mejorando la
fidelidad de audio y la grabación de videos, el funcionamiento de radares y la
reproducción de imágenes médicas. (pc world, 2014).

f) Desalinización de agua de mar: La ósmosis es un proceso natural que hacen las
propias células, sin gasto energético, que consiste en dos disoluciones (ej.: agua +
sal) separadas por una membrana semipermeable, por un lado, tenemos la
disolución, con un soluto concentrado (mayor cantidad de sal) y por otro lado, con
un soluto diluido (en menor proporción), entonces para conseguir la misma
proporción en ambas disoluciones y sabiendo que el soluto (sal), no puede
atravesar la membrana, sólo el disolvente (agua), ésta pasa a través de la
membrana "de modo natural", desde la disolución diluida a la concentrada, y de
esta forma, la disolución concentrada, comienza a diluirse.

Gracias a las magníficas propiedades del grafeno, tales como su fuerza, resistencia,
ahora podemos usarlo como membrana para el proceso de ósmosis inversa. (el grafeno,
2014).

1.7 Objetivo de la tesis.
La importancia del grafeno queda claramente visible por sus impactos tecnológicos en el
modo en que la sociedad aprende, enseña y en general como se lleva su vida. Ante tales
transformaciones es conveniente con base en la exploración básica mostrada en páginas
CAPÍTULO 1. ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO SOBRE EL GRAFENO

anteriores, considerar el papel del grafeno en ámbitos científicos y especialmente
tecnológicos.
Se desprende que el objetivo de esta tesis es
Realizar un estudio prospectivo de evaluación ex-ante tecnológica del grafeno, en un caso
de aplicación, considerando un proceso general de toma de decisiones, con el fin de
determinar impactos, reacciones y el grado de factibilidad de diseño en nanotecnología.
Objetivo 1. Identificar los principales involucrados y el nivel de decisión mediante un
estudio bibliométrico con el fin de distinguir nanotecnologías que emplean al grafeno.
Objetivo 2. Definir el marco teórico referido a las instancias de la evaluación en el
proceso de la toma de decisiones, con el fin de ubicar la modalidad ex-ante en paneles
solares.
Objetivo 3.Establecer criterios, atributos, y restricciones en el proceso de toma de
decisiones con el fin de determinar el grado de factibilidad del grafeno en paneles solares.
Objetivo 4. Realizar las conclusiones pertinentes en las investigaciones de
nanotecnología en aplicaciones dedicadas al grafeno.
Los objetivos planteados además de orientar la realización de la observación también han
permitido plantear las hipótesis como un postulado dentro de la teoría que trata de
explicar la relación entre los criterios, atributos y restricciones en un proceso de toma de
decisiones.
La caracterización del grado de factibilidad del grafeno en paneles solares es posible en el
contexto de la evaluación ex –ante, a través de la definición del impacto económico,
impacto ambiental, normatividad y aceptación pública.
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
22

CAPÍTULO 2
EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
2.1 Introducción.
En la última década no han dejado de sorprender los resultados de las investigaciones
científicas sobre nano materiales, debido a que presentan propiedades muy diferentes a
sus versiones macro. Promueven una revolución científica dada la bastedad y diversidad
de los campos de aplicación que emergen. Los nanomateriales pueden ser obtenidos a
partir de diferentes elementos o compuestos químicos, pero es el carbono en el que han
puesto mayor grado de atención las investigaciones científicas a este respecto. El
carbono tiene varias formas alotrópicas, es decir existe de varias formas de estructura
molecular.
El grafeno es uno de ellos, y debido a su estructura presenta características muy
interesantes, las cuales han sido estudiadas a nivel teórico ya mucho antes de su
obtención desde la década del 30. Se consideraba imposible de obtenerlo debido a la
inestabilidad termodinámica a escala manométrica y a la tendencia a doblar y plegarse, si
no se encuentra soportada [1]; en 2004 se refutó eso cuando científicos de la Universidad
de Manchester consiguieron obtenerlo. Este acontecimiento que de inmediato centralizó la
atención de la investigación científica y el interés empresarial, quienes unieron fuerzas en
búsqueda de llegar a una producción a nivel industrial dadas sus propiedades ya
probadas teóricamente. El hecho inaugura lo que podría considerarse como una
revolución tecnológica por las vastas aplicaciones en el mundo moderno.
Las investigaciones en este campo son tan fructíferas que le ha valido a Andre Geim y
Konstantin Novoselov (Reuters, 2010), científicos de la Universidad de Manchester
(Reino Unido), la distinción del Premio Nobel de Física 2010 “por sus experimentos
fundamentales sobre el material bidimensional grafeno.
2.2 Estudio de propiedades de un material.
Las propiedades de un material son el conjunto de características que hacen que un
material se comporte de una manera determinada ante estímulos externos como la luz,
calor, fuerzas, etc.
Estas propiedades se dividen principalmente en 2 tipos que se citan a continuación.
a) FÍSICAS: En este grupo de propiedades tenemos las siguientes.

b) ELÉCTRICAS: Determina el comportamiento del material cuando pasa a través de
este corriente eléctrica.

c) MECÁNICAS: Describen el comportamiento de los materiales cuando son
sometidos a fuerzas exteriores. Algunas de estas son:

CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
23

 Elasticidad: Propiedad de los materiales a recuperar su forma original
cuando deja de actuar sobre ellos la fuerza que los deformaba.
 Plasticidad: Propiedad de los materiales a adquirir deformaciones
permanentes.
 Dureza: Propiedad de los materiales a dejarse penetrar por otro.
 Tenacidad: Resistencia que ofrece un material al ser golpeado.

d) TÉRMICAS: Determinan el comportamiento de los materiales frente al calor. Entre
estas tenemos:

 Conductividad térmica: Propiedad de las materiales para conducir el
calor.
 Dilatabilidad: Es el aumento de tamaño que experimenta un material al
aumentarse la temperatura.

e) ÓPTICAS: Estas propiedades se ponen de manifiesto cuando la luz incide sobre
los materiales. Algunas son:

 Materiales opacos: No se puede ver a través de ellos.
 Materiales translucidos: Estosmateriales permiten el paso de luz a través
de ellos pero no se puede ver claramente.
 Materiales transparentes: Se puede ver claramente a través de los
objetos ya que dejan pasar una gran cantidad de luz a través de ellos.
Existen otros materiales sensibles a la luz que reaccionan de alguna
manera cuando la luz incide sobre ellos como los semiconductores (LDR,
placas solares) o que sufren reacciones químicas como las películas
fotográficas, etcétera.

f) QUÍMICA: Estas propiedades se manifiestan cuando los materiales sufren una
transformación debido a su interacción con otras sustancias. El material se
transforma en otro diferente (reacción química).

 Oxidación: La facilidad con la que el material reacciona al entrar en
contacto con el oxígeno del aire o agua. Cuando el material entra en
contacto con agua se puede decir que se corroe.

2.3 Estructura del grafeno.
La estructura del grafeno es bidimensional, los átomos se encuentran fuertemente unidos
en una superficie uniforme, plana con ligeras ondulaciones de un átomo de espesor. Su
configuración se asemeja a la de un panal de abejas por su configuración atómica
hexagonal. A esta particular configuración se deben las propiedades electrónicas,
mecánicas y químicas excepcionales del grafeno. (El Grafeno. Propiedades y
Aplicaciones., 2012).
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
24

Figura 10. Estructura del grafeno, carbono y nanotubos de carbono (GIRALDO)

El grafeno podría considerárselo como el bloque constructor a para todos los materiales
grafíticos. Envuelto como balón proporciona tullereno, si se le enrolla cilíndricamente
nanotubos, al superponerlo grafito.
2.4 MÉTODOS DE OBTENCIÓN.
Se está trabajando con diversos métodos para obtener el grafito, de manera a conseguir
una técnica viable para la producción a gran escala. (El Grafeno. Propiedades y
Aplicaciones., 2012).
2.4.1 Exfoliación mecánica.
El grafeno en estado libre fue obtenido por vez primera, en 2004 mediante exfoliación
micro mecánica. La misma es una sencilla técnica, y es necesario contar con una
superficie limpia de grafito, el cual como mencionamos está constituido por varias capas
superpuestas de grafeno débilmente unidas. Consiste el método en someter el grafito a
un raspado fino y luego extraer hojuelas extremadamente delgadas al descascarar
repetidamente utilizando cinta adhesiva. La mayor parte de las hojuelas obtenidas por
este método son tridimensionales, grafito; sin embargo entre éstas se consiguen también
bidimensionales, grafeno. Este primer proceso es muy rudimentario por el proceso de
identificación del grafeno.
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
25

Figura 11. Método de expoliación del grafeno. (GIRALDO).
2.4.1.1Proceso de exfoliación micro mecánica de grafito.

A. Un copo de grafito es adherido a cinta adhesiva.

B. Se exfolia el copo en repetidas ocasiones, obteniéndose varios copos más finos.

C. Se presionan los copos contra una superficie limpia de Si/SiO2 que actuará como
substrato.

D. Se frota con suavidad la parte trasera de la cinta adhesiva, asegurándose así un
contacto entre los copos y el substrato.

E. Se retira con cuidado la cinta, dejando láminas de grafeno sobre el substrato junto
con una gran cantidad de material grafítico.

F. Cuando se encuentran sobre un substrato de Si/SiO2, las láminas de grafeno se
pueden identificar con la ayuda de un microscopio óptico gracias a un fenómeno
de interferencia provocado por la diferencia de recorridos ópticos, permitiendo
discriminar entre grafenos de diferentes capas.
2.4.2 Obtención Epitaxial en Carburo de Silicio.
Este método consiste en calentar el carburo de silicio (SiC) a temperaturas mayores a
1100o C para reducir al grafeno. Este proceso produce grafeno epitaxial. Muchas
propiedades del grafeno importantes han sido identificadas en el grafeno producida por
este método. Mientras que las propiedades electrónicas de ciertos grafenos epitaxiales de
capas múltiples son idénticos a los de una sola capa de grafeno, en otros casos las
propiedades se ven afectados como lo son para las capas de grafeno en grafito. Este
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
26

efecto es teóricamente bien entendido y se relaciona con la simetría de las interacciones
entre capas. (El Grafeno. Propiedades y Aplicaciones., 2012).
2.4.3 La reducción del óxido de grafito.
La reducción de óxido de grafito era probablemente históricamente el primer método de
síntesis de grafeno P. Boehm informó escamas mono capas de óxido de grafeno reducido
ya en 1962. En estos primeros trabajos la existencia de pequeñas escamas mono capa de
óxido de grafeno se demostró. La contribución de Boehm fue reconocido recientemente
por el premio Nobel de la investigación de grafeno, Andre Geim. Sin embargo, la calidad
de grafeno producido por reducción de óxido de grafito es menor en comparación con, por
ejemplo con el obtenido por exfoliación mecánica debido a la eliminación incompleta de
los diversos grupos funcionales con los métodos de reducción existentes. (El Grafeno.
Propiedades y Aplicaciones., 2012).
2.4.4 Obtención con metal-carbono derretido.
La idea general de este proceso es la disolución de átomos de carbono en el interior de
un metal de transición fundido a una cierta temperatura, y luego permitir que el carbono
disuelto se precipitarse a bajas temperaturas como grafeno de una sola capa. El metal se
funde en primer lugar en contacto con una fuente de carbono. Esta fuente puede ser el
crisol de grafito dentro de la cual se lleva a cabo el proceso de fusión o podría ser el polvo
de grafito. Mantener la masa fundida en contacto con la fuente de carbono a una
temperatura dada dará lugar a la disolución y la saturación de átomos de carbono en la
masa fundida basado en el diagrama de fase binaria de metal-carbono. Al bajar la
temperatura, la solubilidad del carbono en el metal fundido disminuye y la cantidad en
exceso de carbono se precipitara sobre la parte superior de la masa fundida. La capa
flotante puede ser o desnatada o dejar que se congele para el retiro después. Se
observaron en sustrato de metal morfologías diferentes incluyendo grafito, grafeno de
pocas capas y grafeno. El material compuesto de grafeno- metal podría ser utilizado en
materiales de interfaz térmica para aplicaciones de gestión térmica. (GIRALDO).
2.4.5 Obtención a partir de nanotubos.
Métodos experimentales para la producción de cintas de grafeno consisten en cortar los
nanotubos. Los nanotubos de carbono en uno de los métodos se cortan en por acción de
permanganato de potasio y ácido sulfúrico. En otro método nano cintas grafeno se
producen mediante grabado en plasma de nanotubos parcialmente incrustados en una
película de polímero. (Trindade, 2011)
2.4.6 Obtención a partir de grafito por sonicación.
Consiste en la dispersión de grafito en un medio liquido adecuado que luego se Sonicó
(agitar partículas con ondas sonoras). El grafito no exfoliado es finalmente separado del
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
27

grafeno por centrifugación. Se ha conseguido con este método las concentraciones más
altas de grafeno informadas hasta el momento en ningún líquido y obtenida por cualquier
método.
2.5 Propiedades del grafeno.
Es imprescindible definir las propiedades del grafeno con respecto a físico-químicos para
comprender la razón por la cual tanto promete transformar la tecnología marcando un hito.
Los parámetros más representativos son la dimensionalidad, la conductividad eléctrica, la
cualidad microscópica, la continuidad macroscópica, la resistividad y la estabilidad
termodinámica. (Cascales, 2009).
2.5.1 Comportamiento metálico y efecto de campo eléctrico.
El carbono es un elemento no metálico que es mal conductor de la electricidad,y sin
embargo el grafeno presenta propiedades que corresponden a los metales. Se comporta
como semiconductor gap superficial. Esto permite que los conductores de carga puedan
ser modulados continuamente entre electrones y huecos en altas concentraciones y con
una gran movilidades incluso bajo condiciones ambientales. Esto lo convierte en un
excelente conductor. (El Grafeno. Propiedades y Aplicaciones., 2012)
2.5.2 Electrones del grafeno. Similitud con fermiones de Dirac sin masa.
Ya que los electrones en el grafeno se comporten como partículas relativísticas sin masa
en reposo y viajen a 106 m/s requieren ser descritas como partículas relativísticas
llamadas fermiones de Dirac carentes de masa. Estas partículas pueden ser visualizadas
como electrones que han perdido su masa en reposo o como neutrinos que adquirieron la
carga electrónica. El origen de estas partículas se debe a la interacción de los electrones
de carbono con el potencial periódico dado por la estructura de panal del grafeno,
produciendo cuasi partículas que, a bajas energías, se describen exactamente por la
ecuación Dirac, por lo que son llamadas fermiones Dirac carentes de masa, regidas por la
siguiente ecuación para la expresión del espectro de energía

Ilustración 12 Ecuación de los fermiones de Dirac.
Donde f es la velocidad del electrón, v = 0, 1,2...es el número cuántico y el término con ±1
/2 está relacionado con la quiralidad. (H. Torres-Silva, 2011).
2.5.3 El efecto Hall cuántico anómalo.
Constituye la mayor prueba de la existencia de los fermiones Dirac carentes de masa en
el grafeno. El efecto Hall cuántico es utilizado para determinar tanto el signo como los
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
28

portadores de carga. Para efectos explicativos conviene que el efecto Hall cuántico se le
relacione con el efecto Hall el cual se establece mediante el siguiente procedimiento: al
material a investigar por el cual se hace pasar una corriente eléctrica se le aplica
perpendicularmente un campo magnético provocándose que los portadores de carga se
acumulen en un determinado sitio, generándose un campo eléctrico. Midiendo la
diferencia de potencial en las dos superficies del material es posible deducir el signo y la
densidad de los portadores de carga, presentándose una linealidad entre el campo
magnético y la resistencia Hall. El efecto Hall cuántico ofrece, por lo contrario, como
característica la no linealidad entre la resistencia de Hall y el campo magnético, es decir,
que el efecto Hall cuántico se presenta mediante una serie de escalones al aplicársela
campos magnéticos altos y bajas temperaturas.

Figura 13. Gráfica del efecto de Hall en grafeno.
En la figura 13 la línea punteada indica el comportamiento cuántico clásico esperado, y la
continua el cuántico real que presenta el grafeno.
La particularidad que muestra el grafeno es que al comportarse como fermiones Dirac
carentes de masa es la existencia de estados de energía cero lo cual conduce a un efecto
Hall cuántico anómalo con una cuantización de 1/2 entero de la conductividad Hall en
lugar de una de un entero. (El Grafeno. Propiedades y Aplicaciones., 2012).
2.5.4 Quiralidad.
Debido a la simetría de cristal exhibida por el grafeno sus cuasi-partículas deben ser
descritas por funciones de onda de dos componentes en virtud de las contribuciones
relativas de las dos subredes en la formación de cada una. Pero el spin en el grafeno
indica la subred más que el spin real de los electrones surgiendo lo que es conocido como
un pseudoespin. Este pseudoespin nos permite introducir el término de quiralidad,
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
29

definido como la proyección del pseudoespin en la dirección del movimiento siendo
positivo para los electrones y negativo para los huecos. Esta propiedad es muy importante
porque permite explicar muchos procesos electrónicos y dos nuevos efectos cuánticos:
una conductividad cuántica mínima en el límite de concentraciones desvanecientes de
conductores de carga y una supresión fuerte de efectos de interferencia cuántica. (H.
Torres-Silva, 2011)
2.5.5 Paradoja de Klein.
De acuerdo con la teoría clásica una partícula no puede propagarse a través de una
región donde su energía potencial es más grande que su energía total. Sin embargo los
electrones obedecen las leyes de la mecánica cuántica, según las cuales el electrón
rebotará efectivamente contra la barrera, pero además hay una probabilidad finita de que
también “atraviese” la barrera en un proceso denominado efecto de túnel y de que
aparezca del otro lado. Sorpresivamente en el caso del grafeno la probabilidad de
transmisión del electrón es siempre igual a 1 independientemente de la altura y anchura
de la barrera. Esta conducta en electrodinámica cuántica es conocida como la paradoja
Klein.
2.5.6 Efecto piezoeléctrico.
El grafeno podría unirse al selecto grupo de materiales piezoeléctricos que generan
electricidad cuando se flexionan o se les presiona y viceversa. Abriendo agujeros en una
hoja de grafeno dispuestos en puntos específicos de la lámina siguiendo una
configuración especial es factible forzar al grafeno a comportarse igual que un material
piezoeléctrico. Las substancias piezoeléctricas son un buen recurso para desarrollos de
vanguardia, como por ejemplo la recolección de energía mecánica en fuentes difícilmente
aprovechables por otros métodos, o los músculos articules, y también sirven a los
ingenieros para fabricar sensores de muy alta precisión.
2.6 Aplicaciones del grafeno.
En palabras de Andre Geim, las aplicaciones potenciales del grafeno son tantas que ni
siquiera somos capaces de enumerarlas. Esto es ya que sus propiedades pueden
emplearse para mejorarse muchas tecnologías actuales y también se deben considerar
las que se desarrollan desde cero basándose en este material. A continuación un
resumen de las aplicaciones del grafeno más prometedoras y en las que se actualmente
se dedica más trabajo. (El Grafeno. Propiedades y Aplicaciones., 2012).
2.6.1 Transistores.
Uno de los postulados más conocidos en el mundo de la electrónica es la Ley de Moore,
un enunciado en 1965 que dice que cada dos años se duplicaría el número de
transistores que se insertarían en los circuitos integrados, algo que se ha seguido
cumpliendo prácticamente hasta nuestros días. La realización de transistores más
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
30

pequeños, nos ha permitido aumentar la capacidad de proceso de nuestros circuitos
integrados, sin embargo, la miniaturización comenzaba a ser un problema hoy en día con
tamaños que hacen aflorar inestabilidades en el silicio. Una de las soluciones que más se
barajan en el campo de la microelectrónica es el uso de nuevos materiales que puedan
complementar al silicio para poder traspasar esta barrera, por ejemplo el grafeno.
Podría ser un material útil para transistores de alto rendimiento, ya que lleva electrones
más rápido que el silicio. Dado que los transistores de grafeno no pueden ser apagados,
son más útiles para aplicaciones de radio frecuencia (RF) que para circuitos lógicos.
Investigadores en California han aumentado el rendimiento, al tiempo que simplifica la
producción de grafeno transistores de RF. Un transistor tradicional tiene un canal
semiconductor de silicio o de metal emparedada entre la fuente y electrodos de drenaje.
La aplicación de voltaje entre un electrodo de puerta en la parte superior del canal y el
electrodo de fuente permite que la corriente fluya a través del canal. Una pequeña señal
de RF al electrodo de puerta, mientras que el transistor se lleva corriente, amplifica la
señal a en el dreno. Ya que el grafeno lleva electrones más rápido que el silicio, llenando
los canales con la hoja de carbono podría acelerar señales que corren a través del
transistor.Pero transistores de alto rendimiento de grafeno no se puede hacer usando
técnicas estándares de fabricación. La construcción de un electrodo de puerta encima de
la hoja de grafeno lo daña y reduce su capacidad de transporte de electrones. Se han
desarrollado métodos especializados y conseguido compatibilidad con los métodos
industriales. El rendimiento de estos transistores, depende de la calidad de la grafeno
subyacente. Cuando el grafeno fue hecho por deposición de vapor se ha conseguido un
transistor con una frecuencia de corte de 427 GHz, hasta ahora la frecuencia más alta
para un transistor. Transistores de grafeno todavía no pueden competir con los
transistores actuales debido a que la ganancia de potencia inferior. Otra ventaja a explorar
es que se consiguen compuertas lógicas con un único transistor de grafeno con una
misma configuración para todos los casos y variando el voltaje de compuerta para cada
uno en especıfico. En aplicaciones digitales la cuestión hoy con los transistores de
grafeno es mejorar el ratio de “on-off”. Investigaciones recientes emplearon una
heteroestructura del grafeno de dos capas, metiendo entre estas capas del nitruro de boro
y disulfido de molibdeno como aislante. La construcción resulto muy eficaz: su ratio “on-
off” alcanzó 50 con él nitruro de boro y 10.000 con el disulfido de molibdeno. Estos
valores prácticamente no dependían de la temperatura, por eso se calcula que los
dispositivos que usen esta tecnología pueden funcionar incluso con cierto
recalentamiento.
2.6.2 Baterías.
En esta área gracias a su conductividad el grafeno entra para disminuir los tiempos de
carga y descarga de baterías. Se ha desarrollado un nuevo ánodo basado en grafeno que
puede ser cargado o descargado 10 veces más rápido que los ánodos de grafito que se
utilizan actualmente en las baterías de litio. Para crear el material del ánodo, los
investigadores tomaron una lámina de óxido de grafeno e introdujeron intencionalmente
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
31

defectos, innumerables grietas, poros y otras imperfecciones. Los iones de litio pueden
utilizar las grietas en el óxido de papel de grafeno para atravesar rápidamente la hoja
entera, lo que significa cargas y descargas más rápidas de la batería. Resulta muy
interesante también la implementación del grafeno a las baterías de níquel-hierro.
Inventadas por Edison, constituyen una alternativa barata y segura de las de ácido y
plomo, además que tanto el níquel como el hierro son dos materiales muy abundantes.
Las principales ventajas de las baterías mejoradas residen en su fiabilidad y en su
velocidad de carga y descarga. En general, es útil como respaldo de otras baterías o de
cualquier aparato eléctrico que pueda requerir de una gran carga en muy poco tiempo. Su
único problema es que pierden en torno a un 20% de su capacidad tras 800 ciclos de
carga y descarga. Esto, que no es tan grave en otro tipo de baterías más lentas, puede
ser el principal impedimento para que esta nueva tecnología se asiente. (El Grafeno.
Propiedades y Aplicaciones., 2012).
2.6.3 Dispositivos Emisores de Luz.
En los diodos emisores de luz orgánicos (OLED) también es posible emplear el grafeno
obteniendo ventajas. Un OLED cuenta con una capa electroluminiscente entre dos
electrodos de inyección de carga, al menos uno de ellos transparente (TCF).
Las ventajas que ofrecen los OLEDs son la alta calidad de imagen, bajo consumo de
energía y estructura delgada del dispositivo; se emplean en televisores ultra-delgados y
otras pantallas de visualización, como los monitores de ordenador, cámaras digitales y
teléfonos móviles. Tradicionalmente ITO (iridium tin oxide) es utilizado como TCF. El
mismo es costoso, frágil, de flexibilidad limitada y se reduce su rendimiento con en el
tiempo (debido a la difusión). El grafeno promete ser un substituto flexible y barato, que
además no tendrá el problema de la difusión. (El Grafeno. Propiedades y Aplicaciones.,
2012).
2.6.4 Mejora en captación de fotones.
Se ha conseguido una gran absorción de luz situando una capa cristalina de puntos
cuánticos sobre la hoja de grafeno. Los puntos cuánticos son esferas de 5 nanómetros de
diámetro que absorben la luz con gran eficiencia. De este modo, se ha podido superar el
obstáculo que planteaba la baja capacidad de absorción de luz que tiene el grafeno.
Según los resultados de la investigación presentados se ha multiplicado por mil millones
la sensibilidad del grafeno a la luz.
Esto abre ventanas a cámaras dotadas de visión nocturna que podrán hacer buenas fotos
y filmar buenos videos incluso sin luz. Parabrisas que aumentaran la luminosidad de la
carretera y el paisaje cuando se conduzca de noche. Detectores de moléculas, basados
en el análisis espectroscópico de la luz que reflejan, para el diagnóstico médico o la
industria farmacéutica. Estos son algunos de los múltiples avances que serán posibles
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
32

gracias a un dispositivo electrónico ultrasensible a la luz. (El Grafeno. Propiedades y
Aplicaciones., 2012).

2.6.5 Pantallas Táctiles.
El empleo de pantallas táctiles ha tenido una gran difusión en estos últimos años, los
encontramos teléfonos celulares, cámaras digitales y donde el teclado y el ratón no
satisfacen la interacción del usuario con el contenido de la pantalla. Las pantallas táctiles
más comunes son la resistiva y capacitiva.
Un panel táctil resistivo comprende un sustrato conductor, un dispositivo de cristal líquido
(LCD) panel frontal, y una TCF. Cuando se presiona la pantalla el panel frontal entra en
contacto con el posterior TC y las coordenadas del punto de contacto son calculadas dado
los valores de se resistencia. Son fundamentales algunas propiedades mecánicas de los
materiales que la componen, incluyendo fragilidad y resistencia al desgaste, alta
resistencia química, no toxicidad, además de los costos de producción. Las limitaciones
de ITO son el costo, fragilidad, resistencia al desgaste y durabilidad química. Al igual que
en los OLEDs el grafeno (GTCFs) se presenta como un TCF más conveniente dada su
flexibilidad y robustez. Las pantallas táctiles capacitivas consisten básicamente en un
aislante tal como vidrio, recubiertas con ITO. Ya que el cuerpo humano es un conductor,
al tocar la superficie de la pantalla se puede medir un cambio en la capacitancia (campo
electroestático). Aunque las pantallas táctiles capacitivos. Los esfuerzos mecánicos que
sufre son menores con respecto a los resistivos, el uso de GTCFs puede mejorar el
rendimiento y reducir los costes. (El Grafeno. Propiedades y Aplicaciones., 2012).
2.6.6 Membranas para filtrar gases.
Con un concepto prácticamente igual al del empleado para desalinizar, investigadores de
la Universidad de Colorado Boulder han demostrado que empleando membranas de
grafeno con pequeños poros es posible, eficaz y eficientemente, separar moléculas de
gas. La membrana separa los gases debido a la diferencia del tamaño molecular. El
grafeno es un material ideal para las membranas de separación por su durabilidad y
mínimo espesor, lo que implica baja energía para empujar las moléculas a través de ella.
Estas membranas tienen potencial para ser empleadas en la producción de gas natural
haciéndola más eficiente, y reduciendo las emisiones de CO2 de los tubos de escape.
2.6.7 Supercapacitores.
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
33

Un gran avance en el desempeño de los capacitores ha sido alcanzado con el desarrollo
de un dispositivo que puede almacenar tanta energía como una batería y es capaz de
recargarse en segundos.
El supercapacitor basado en grafeno puede almacenar tanta energía por unidad de masa
como las baterías de níquel metal hidruro y podrían ser usadas algún día para
proporcionar energía a aparatos diversoscomo teléfonos móviles, cámaras digitales y
micro vehículos eléctricos. Con la gran área de superficie de sus electrodos y el espacio
extremadamente pequeño que hay entre estos pueden almacenar una gran cantidad de
carga eléctrica en un pequeño volumen. El nuevo dispositivo tiene electrodos hechos de
grafeno mezclado con un negro de acetileno llamado Súper P que actúa como un aditivo
conductor y un aglutinante que mantiene todo unido. La mezcla resultante se cubre dentro
de la superficie de un colector de corriente y es ensamblado en forma de capacitores del
tamaño de una moneda.
La energía puede ser almacenada por unidad de peso es de 85.6 Wh/kg a una
temperatura regular de 20 a 30 grados Celsius, mientras que a 80 grados Celsius el valor
medido fue de 136 Wh/kg, el cual es comparable a las baterías Ni-mh. La mayor ventaja
de esta tecnología es que los supercapacitores pueden ser recargados en unos cuantos
segundos en lugar de minutos como en el caso de las baterías, lo que constituye un gran
avance tecnológicamente hablando. (El Grafeno. Propiedades y Aplicaciones., 2012).
2.6.8 Desalinizadoras.
Buscando una manera enciente y barata en términos energéticos de obtener agua potable
a partir de agua salada se ha desarrollado un filtro empleando láminas de grafeno. El
método empleado actualmente osmosis inversa, requiere una elevada presión del agua, lo
que se traduce en una gran cantidad de energía. Se emplea una lámina de grafeno que
contiene una serie precisa de agujeros de solo un nanómetro de ancho. Con la adición de
otros materiales, los bordes de estos orificios interactúan con las moléculas de agua
causando atracción o repulsión. Este proceso se basa en una interacción química, por lo
que se requiere una presión de agua muy pequeña en comparación con la ´osmosis
inversa. Con este método se trabaja “cientos de veces más rápido, que con métodos
actuales, empleando la misma presión”. El método aún no ha pasado de la fase de
investigación a su aplicación en el mundo real; hasta ahora el sistema se ha comprobado
en modelos informáticos. El siguiente paso planteado por los investigadores es un análisis
de su viabilidad económica. (El Grafeno. Propiedades y Aplicaciones., 2012).
Una grafeno para gobernarlos a todos Si grafeno parece estar apareciendo por todas
partes, eso es porque, bueno, lo es. Desde su descubrimiento en 2004, el grafeno ha
generado miles de trabajos de investigación para su aplicación en los distintos tipos de
filtración (Chandler ADN menciones y separadores de gas, además de agua), energía
solar, y la próxima generación de electrónica, junto con muchos otros. El estudio de este
material único ha dado lugar a nuevas formas de materiales convencionales pellizcar para
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
34

alcanzar resultados similares, como el “grafeno plástico”, desarrollado en la Universidad
Politécnica de Valencia en España. El grafeno es un ultra-delgado, ultra-fuerte hoja de
átomos de carbono que tiene propiedades superiores como un semiconductor, a pesar de
que es muy difícil de trabajar, por no hablar de fabricar a escala comercial. (Ye, 2012).
2.7 Celdas Solares o Fotovoltaicas.
Se ha alcanzado una eficiencia del 8,6 por ciento con nuevas celdas solares, gracias un
tratamiento químico en el que se dopa al grafeno con silicio amorfo (TFSA). Dopar con
TFSA al grafeno hace que se vuelva mejor conductor y eso incrementa el potencial del
campo eléctrico dentro de la célula solar, volviéndola más enciente en la conversión de la
luz del Sol en electricidad. Además, a diferencia de otros materiales para dopar al grafeno
que han sido probados en el pasado, la TFSA es más estable, es decir que sus efectos
son mucho más duraderos.
El grafeno gracias a que es transparente y flexible tiene una ventaja para ser un
componente importante en el tipo de células solares instaladas en los exteriores de
edificaciones y en otros medios. Haber mostrado ahora que sus capacidades de generar
electricidad a partir de la luz solar pueden ser realzadas por un tratamiento tan simple y
barato, ofrece buenas perspectivas para el uso futuro del grafeno en células solares. Se
estima que si las células solares con grafeno alcanzaran eficiencias de conversión de un
10 por ciento podrían ser un claro competidor en el mercado de los paneles solares,
siempre y cuando sus costes de producción sean mantenidos en un nivel lo bastante bajo.
El prototipo de célula solar creada en el laboratorio de la Universidad de Florida fue
construido sobre una base rígida de silicio, un soporte que no se considera lo bastante
rentable para la producción a gran escala en los términos antedichos de comercialización
barata. Pero es factible combinar el uso de grafeno dopado con sustratos más flexibles y
más baratos.
2.7.1 Historia de las celdas fotovoltaicas.
En 1839 el físico experimental francés Edmund Becquerel, descubrió el efecto fotovoltaico
mientras efectuaba experimentos con una pila electrolítica de dos electrodos sumergidos
en una sustancia electrolítica. Esta pila aumentó su generación de electricidad al ser
expuesta a la luz. A fines del siglo XIX científicos tales como W. Smith, W Adas y R. Day
descubren la fotoconductividad del selenio y construyen la primera celda experimental
hecha de una oblea de selenio. En 1904 Albert Einstein publica su documento acerca del
efecto fotolvoltaico (junto con su documento de la teoría de la relatividad), por este
documento es galardonado en 1921 con el Premio Nobel. Recién en 1941 se construye
un dispositivo que puede ser llamado “celda solar”, fue fabricada de selenio y tenía una
eficiencia del 1 %. La compañía Western Electric fue la primera en comercializar las
celdas solares en 1955.
Mientras tanto científicos de diversas partes del mundo realizaban experimentos en
combinaciones como el cobre y óxido cuproso, en Silicio Monocristalino, en Cadmio –
CAPÍTULO 2. EL GRAFENO, PROPIEDADES Y APLICACIONES.
35

Silicio, Germanio Monocristalino. En ese mismo año a la U.S. Signal Corps le fue
asignada la tarea de construir fuentes de poder para satélites espaciales. Los estudios de
esta compañía comenzaron con celdas de una eficiencia de un 4,5 %, y en tres años
lograron que esta eficiencia subiera hasta un 9 %. Fue entonces cuando en 1958 fue
lanzado al espacio el primer satélite que utilizaba celdas fotovoltaicas, el Vanguard I. Éste
tenía un sistema de poder de 0.1 W, en aproximadamente 100 cm2 y estuvo operativo por
8 años. Ese mismo año se lanzaron 3 satélites con esta misma tecnología, el Explorer III,
el Vanguard II y el Sputnik-3. Desde este año las celdas solares aumentaron su utilización
en naves espaciales, y el aumento de eficiencia seguía subiendo a pasos agigantados.
Fue así como en 1960 Hoffman Electronics conseguía fabricar una celda con un 14 % de
eficiencia. Aun cuando para la NASA fuese más importante la seguridad que el costo en
sus naves espaciales, y por ende utilizaba celdas solares, en la tierra la energía
fotovoltaica era 50 veces más cara que cualquier fuente convencional de generación, por
lo que fue excluida para el uso terrestre.
En la década de los sesenta, la potencia instalada de las celdas solares de las naves
espaciales y satélites alcanzaban a 1 KW. En 1973 se produce el embargo de petróleo
impuesto por la OPEC, con lo cual se inicia una política de investigación del uso de celdas
solares en la Tierra, se destinan fondos por sobre los 300 millones de dólares por año, y
se comienza a investigar nuevos materiales para la construcción de las celdas, tales como
el silicio policristalino, las celdas de película delgada, combinaciones CdS/Cu2 y Silicio
amorfo, con el fin de abaratar los costos de éstas. En esta misma década comienza la
NASA a instalar sistemas de generación fotovoltaica por todo E.E.U.U. para fines de
refrigeración, iluminación