História e Aplicações do Grafeno

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Grafeno.
Moisés Eduardo Jiménez Hidalgo
6 de Junio del 2017
Figura 1: Reprepentación del grafeno
1. Desarrollo histórico del grafeno.
El grafeno consiste en una red hexagonal, bidimensional, compuesta pura-
mente de átomos de Carbono e Hidrógeno (ver figura 1). Su historia se remonta
a 1947, cuando Wallace P. R. describió por primera vez la estructura de bandas
del entonces llamado ”monocapa de grafito”mediante un estudio teórico que
envió a la revista Physical Review. En este art́ıculo se encuentra que el grafito
es un semimetal (a temperatura cero no tiene electrones de conducción, pero a
T > 0K śı). En 1967, Boehm,H. P. y sus colaboradores desarrollaron un proce-
so en el cual se pod́ıa obtener grafeno (fue la primera vez que se le llamó aśı)
mediante la exfoliación qúımica del grafito. En este proceso, el grafito se separa
(se exfolia) por medio de ácidos fuertes, produciendo hojas de carbono suma-
mente delgadas. En 1975 se produjo grafeno mediante un proceso puramente
térmico, en el cual, al someter el carburo de silicio (SiC) a 800◦ C, se obtiene
una monocapa de átomos de carbono. En este punto es importante mencionar
que, aunque el grafeno ya se hab́ıa concebido, en un principio se consideraba de-
masiado inestable, de modo que, debido a las fluctuaciones térmicas inherentes
al material, un compuesto aśı se fundiŕıa por śı solo, esto fue en buena medida
una razón por la que no se ahondó más en el tema durante las siguientes tres
décadas. En el año 2004, Novoselov, K. S., y sus colaboradores describieron ex-
perimentalmente las propiedades de una peĺıcula de grafeno monocristalina de
pocos átomos de espesor. En este año, Novoselov consiguió crear grafeno estable
en condiciones normales de termperatura y humedad, demostrando la falsedad
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de las razones por las que se detuvo la investigación en el tema. El siguiente año,
Novoselov, K. S., Jiang, D., Schedin, F., Booth, T. J., Khotkevich, V. V., Moro-
zov, S. V. y Geim, A. K. volvieron a aparecer en escena pues idearon un método
en el que, utilizando una cinta adhesiva sobre grafito, obteńıan una lámina de
un solo átomo de espesor de carbono (grafeno). La hoja reultante presenta una
alta cristalinidad y es estable en condiciones normales sin usar sustrato alguno.
Este desarrollo les valió el nobel de f́ısica del 2010 a Geim, A. y a Novoselov K.
2. Aplicaciones.
El grafeno ha suscitado mucho interés en investigadores debido a sus propie-
dades que favorecen una amplia gama de aplicaciones tecnológicas . Por men-
cionar algunas;
Es (más de) 100 veces más resistente que una hipotética lámina (del mismo
espesor) del acero más resistente que conocemos.
Es sumamente flexible (más que la fibra de carbono), elástico y transpa-
rente.
Tiene una conductividad eléctrica más grande que cualquier metal y una
conductividad térmica también grande. Además presenta un efecto Jou-
le muy bajo. Todo esto lo convierte en un excelente candidato a futuro
conductor de corriente eléctrica.
Una lámina de un metro cuadrado de grafeno pesa apenas 0.77 miligramos
(es más ligero que el mismo aluminio).
Investigadores de la universidad de Manchester han encontrado que el
óxido de grafeno se dirige de manera única a células canceŕıgenas. Esta es
una de las posibles aplicaciones más importantes, debido a que sustituiŕıa
los métodos en los que se destruyen células sanas por no poder discriminar
a las canceŕıgenas.
3. Relación con lo visto en clase.
Lo visto en la clase de f́ısica atómica favorece el entendimiento de la for-
mación de las estructuras hexagonales a partir de átomos de carbono y enlaces
covalentes que se generan a partir de la superposición de los h́ıbridos sp2 de
los carbonos enlazados: Cada uno de los carbonos contiene cuatro electrones
de valencia en el estado hibridado, tres de los cuales se alojan en los h́ıbridos
sp2. Esto da lugar a enlaces a 120◦, explicando aśı la estructura hexagonal. El
electrón sobrante se aloja en un orbital atómico tipo p perpendicular al plano de
los h́ıbridos. El solapamiento lateral de dichos orbitales da lugar a formación de
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orbitales de tipo π. Algunas de estas combinaciones propician un gigantesco or-
bital molecular deslocalizado entre todos los átomos de carbono que constituyen
la capa de grafeno.
4. Referencias.
Para realizar este trabajo se revisaron los textos contenidos en los siguientes
enlaces.
Historia del Grafeno: http://www.carbonalfa.com/historia-del-grafeno.html
Grafeno: https://es.wikipedia.org/wiki/Grafeno
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