¿Qué es el grafeno?

Julian fanghanel; Pablo Quijano
El grafeno es una de las
formas
alotrópicas
del
carbono que consiste en una
capa monoatómica de carbón
empacados estrechamente en
una red bidimensonial en
forma de panal de abeja.
El
grafeno
presenta
una
estructura
hexagonal
repetitiva formada por 6
carbonos enlazados por la
superposición
de
sus
orbitales sp2. Dejando en
cada carbono un electrón
libre en un orbital p.
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La distancia de enlace entre los carbonos es
de 0.142 nm
Los ángulos de enlace son de 120°
A partir del grafeno se puede formar
fullerenos, grafito y nanotubos de carbono
Las hojas de grafeno se apilan para formar
grafito a una distancia interplanar de 0.335
nm.
Algunos lo consideran como el sistema
aromático más grande.
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El grafeno inestable cuando su tamañao es
menor a 20 nm (menos de 6000 carbonos) y
es más estable cuando su tamaño es mayor a
24,000 carbonos
Las hojas de grafeno son ligeramente más
inestables que el grafeno curveado
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En 1947 Phillip Wallace
propuso teóricamente como
un caso límite de una
estructura de grafito
En 1984 Gord Semenoff, David
De Vincenzo y Eugene Mele
hablaron acerca de la gran
conductividad que tendría el
grafeno debido a ser un
material 2D
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En 1987 se acuña el nombre de grafeno por
S. Mouras
En 2003 Kostya Novoselov y Adre Geim
logran aislar por primera vez al grafeno
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El grafeno es considerado como un
semimetal con cero traslape con una
muy alta conductividad. Un semimetal
es un material cuyas bandas de
conducción y bandas de valencia tienen
un ligero traslape.
En el grafeno, se sabe que en el punto
de Dirac, los electrones y los huecos
tiene una masa efectiva de cero. Esto
quiere decir que su velocidad dentro
del grafeno puede llegar a ser una
centésima la velocidad de la luz.
(velocidad de arrastre de otros
materiales es mucho menor)
El movimiento de electrones en 2
dimensiones lo hace practico para
estudios cuánticos como el efecto hall
cuántico, o el efecto túnel Klein.
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El grafeno es un
conductor térmico
perfecto. Con una
conductividad > 5000
W/m/K.
Conducción térmica
balística es isotrópica.
Esto es muy practico ya
que para decrecer el
tamaño de los aparatos
electrónicos se requiere
de mejor disipación del
calor.
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El grafeno es el o uno de
los materiales mas duros
que se conocen hasta la
fecha, mas duro que el
diamante y 300 veces
mas duro que el acero.
La fuerza máxima de
tensión soportada excede
1TPa
A pesar de su gran fuerza
ese material puede
estirarse un 20% de su
tamaño original.
Densidad de
0.77mg/m^3
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Aun siendo tan delgado el grafeno no es
transparente , absorbe el 2.3% de la luz blanca.
Que es un muy alto porcentaje.
El grafeno como el grafito puede adsorber y
desorber varios átomos y moléculas.
Los compuestos débilmente adsorbidos causan
un cambio en la concentración de portadores de
carga.
Es un material razonablemente inerte.
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Ingeniería biológica
◦ Desarrollo de sensores bioeléctricos para medir
niveles de glucosa, hemoglobina, colesterol e
incluso para decodificar la secuencia del DNA
◦ Uso como antibiótico y tratamiento contra el
cáncer.
◦ Puede ser utilizado en el proceso de regeneración
de tejidos.
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Electrónicas
◦ Transistores de alta velocidad
◦ Tiene las propiedades idóneas para producir
circuitos integrados.
 En el 2011 IBM creó el primer circuito integrado a base
de grafeno que soportaba frecuencias hasta de
100GHz.
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Producción de celdas solares más eficientes
Uso como piezoelectrico
◦ Estudios de simulación de DFT predicen que
depositando ciertos elementos como “adatoms”
presenta propiedades piezoelectricas
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Creación de nuevos materiales
◦ Se puede mezclar con plásticos para crear
materiales con propiedades físicas especificas
(aumentar su dureza y resistencia) con el fin de
reemplazar los metales en la manufactura de
aviones, automóviles, etc. reduciendo su peso y su
uso de combustble
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Electroquímicos
El grafeno es un material idóneo para crear
electrodos pues es un buen conductor,
relativamente inerte, ligero, fuerte, flexible
y tiene un área de superficie muy alta
◦ Producción de baterías, y celdas de
combustible
◦ Producción de aparatos electrocrómicos.
◦ Uso como electrodos transparentes
 Estos materiales son necesarios para la produccion de
touchscreens, LCD, celdas orgánicas fotovoltaicas, etc.
◦ Producción de ultracapacitores y supercapacitores
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Método de exfoliación /El método tradicional
de la cinta adhesiva y la transferencia a un
substrato. (contraste óptico con el substrato
adecuado)
Método de deposición de vapores químicos
(CVD) usando metano como fuente de
carbono y cobre como substrato.
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Métodos de síntesis usados en el IIM.
(Arco Y cátodo circular plano de grafito)
• Utilización de grafeno y nanotubos
de carbono/fullerenos (1D y 0D)
como piezo eléctricos.