Un grupo internacional de 70 investigadores, miembros del proyecto europeo Graphene Flagship, acaba de publicar el primer manual de instrucciones del grafeno. La revisión –de acceso abierto– recoge el convenio de las distintas fabricaciones de un material que presume de tenerlo todo: ligereza, flexibilidad, resistencia, dureza y conductividad.

Sus propiedades son la gran esperanza de la ciencia de materiales, con aplicaciones en campos como la medicina, la exploración espacial, la energía o la electrónica. Por ejemplo, el grafeno ya se prueba en placas solares más asequibles, sensores más precisos, sistemas de visión nocturna o cascos de moto más resistentes. Sin embargo, la falta de información acerca de la correcta preparación y el procesado de este material está retrasando su llegada a los consumidores.

Cada una de las aplicaciones del grafeno son el resultado de una manera distinta de conseguirlo. “Todos hablamos de grafeno, pero deberíamos hablar de grafenos”, declara a SINC Mar García-Hernández, coordinadora del mastodóntico artículo de más de 500 páginas, que recoge más de 1.500 referencias científicas.

Comienza la partida

El grafeno es una capa de átomos de carbono muy fina que se obtiene del grafito, el mismo material del que está hecho la mina de un lápiz. “Es como si cogiéramos una sola carta de una baraja española”, explica esta investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, del CSIC.

Igual que una sota de bastos no es lo mismo que un as de copas, grafeno no hay solo uno. “Las propiedades de un material se definen por la manera de sintetizarlo”, comenta García-Hernández. Y eso es precisamente lo que han hecho en el libro blanco: resumir las distintas formas de obtener grafeno y otros materiales bidimensionales.

Más allá del grafito, actualmente se conocen unos 5.000 materiales exfoliables que también se podrían obtener en láminas, como si fueran cartas de otros mazos que abren nuevas posibilidades en la partida. “Solo se hemos explorado decenas de ellos”, cuenta la española que lidera el grupo de trabajo de materiales de la Graphene Flagship.

Y García-Hernández sube la apuesta: “Además, eso te puede conducir a un apilamiento artificial, que no existe en la naturaleza: una carta de este mazo con otra carta de otro mazo que crea una arquitectura nueva que te da nuevas posibilidades de combinar funciones que antes no existían y, por tanto, de hacer dispositivos nuevos”, resumió en la semana del grafeno que se celebró a finales de septiembre en Helsinki (Finlandia).

Estandarizar la producción

El libro de instrucciones del grafeno, publicado en la revista 2D Materials de la sociedad británica Institute of Physics, se estructura en nueve capítulos. La mayoría se centran en la síntesis y el procesado de este material, mientras que el resto se dedica a otras sustancias bidimensionales como el nitruro de boro, que es casi tan duro como un diamante y un buen aislante eléctrico y conductor de calor.

“Nos encontramos en una situación en la que podemos decir que sintetizar el grafeno es fácil, pero debemos estandarizar la producción para asegurar a los consumidores que están comprando grafeno”, explica García-Hernández. De hecho, el último capítulo de la revisión está dedicado a la caracterización del grafeno.

Diversos centros europeos se encargan de estandarizar el grafeno y otros materiales, mediante la validación de su composición y propiedades. Estos protocolos permiten a las compañías y a los usuarios saber qué tipo de material tienen entre manos, comenta a SINC Raúl Arenal, coautor de la revisión e investigador ARAID en la Universidad de Zaragoza.

De la misma forma que cuando uno compra aluminio sabe la variedad y el número de impurezas del material, la idea es conseguir un buen etiquetado para el grafeno: “También estamos trabajando en normas que se utilicen como referencia”, explica Arenal sobre el trabajo que llevan a cabo bajo el paraguas de la Graphene Flagship.

Los científicos que participan Graphene Flagship han demostrado que existen al menos 1.800 materiales bidimensionales, de los que solo se ha investigado una pequeña parte. “Este manual ayudará a los investigadores, tanto académicos como industriales, a planificar una correcta producción de grafeno a gran escala, a partir del conocimiento derivado de una experiencia directa con el grafeno”, señalan los responsables del proyecto.  

Promesas

Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov, investigadores en la Universidad de Manchester (Reino Unido), fueron los primeros en obtener grafeno, descubrimiento por el cual en 2010 recibieron el premio Nobel de Física.

Los científicos exfoliaron la primera capa de forma mecánica, como si hubiesen colocado celo por encima y por debajo de un mazo de cartas de grafito para ir eliminándolas una a una hasta quedarse con una sola, de grafeno.

Décadas después, la variedad de producción del material abre un mundo nuevo de aplicaciones. “La síntesis del grafeno te condiciona absolutamente las propiedades del material y las propiedades del material te condicionan las aplicaciones”, concluye García-Hernández sobre el crecimiento exponencial del grafeno.

Referencia bibliográfica:

Claudia Backes et al. “Production and Processing of Graphene and Related Materials” 2D Materials (2020)