Monografia Grafeno [PDF]

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA

TEMA: EL GRAFENO

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INTRODUCCIÓN

El grafeno no es un material completamente nuevo por su composición ya que está formado por átomos de carbono, al igual que otros muchos materiales como el grafito, el diamante, los fulerenos, los nanotubos de carbono, etc. Sí es nuevo por su estructura, ya que se trata de un material que puede considerarse bidimensional tanto por la disposición de los átomos de carbono que lo forman como por poseer el mínimo espesor correspondiente a una única capa atómica (monocapa). Hasta el año 2004, no se creía posible la existencia de una estructura como la del grafeno como entidad aislada. Se suponía que los cristales estrictamente bidimensionales eran termodinámicamente inestables, debido a fluctuaciones térmicas en redes cristalinas que teóricamente producirían desplazamientos atómicos dando lugar a una estructura en tres dimensiones. Esta hipótesis se apoyaba en numerosas pruebas experimentales, entre ellas el hallazgo de que la temperatura de fusión de láminas delgadas decrece rápidamente al disminuir su espesor, lo que obliga a los cristales bidimensionales a tomar estructuras tridimensionales que les proporcionen estabilidad. Sin embargo, en el año 2004 dos científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido), Andre Geim (Rusia, 1958) y Konstantin Novoselov (Rusia, 1974) fueron capaces de obtener e identificar por vez primera láminas individuales de grafeno junto con otros cristales bidimensionales. Existen varias hipótesis que tratan de explicar la estabilidad de estas láminas aisladas. Por un lado, las láminas provienen de una estructura tridimensional previa, lo cual, unido a la fuerza de los enlaces covalentes entre los átomos de carbono, presumiblemente las hace resistentes a las fluctuaciones térmicas. Por otro lado, las ondulaciones microscópicas que presentan las láminas podrían contribuir a su estabilidad, aparte de dar cuenta de algunas otras propiedades del grafeno. Sólo seis años después, en el año 2010, Geim y Novoselov recibieron el Premio Nobel de Física por el descubrimiento de las propiedades extraordinarias que mostraba el grafeno, algunas de las cuales trataremos en esta monografía.

SÍNTESIS Y FABRICACIÓN DEL GRAFENO

La síntesis de grafeno es muy complicada debido a que el objetivo es separar una única lámina de carbono de un mineral, el grafito. Tras varios intentos, la primera manera de obtenerlo fue pegando celo sobre la superficie del grafito8 , de tal manera que se conseguían láminas de grafeno a partir de grafito pirolítico altamente orientado (HOPG); estas láminas eran estables en condiciones ambientales con una alta calidad. Este método se le denominó “Exfoliación mecánica” (Mechanical Exfoliation). Sin embargo, esta técnica tiene múltiples limitaciones, puesto que no se puede controlar el tamaño, el grosor, ni la orientación de las láminas de carbono, lo que obstaculizaba la producción a mayor escala. Por ello, se han investigado nuevas técnicas de síntesis aplicables a gran escala. Una de ellas es la denominada “Solución de exfoliación” (Solution based exfoliation of Graphene Oxide) a partir del cual obtenemos Oxido de Grafeno (GO)9. En esta técnica se parte de polvos de grafito, estos son posteriormente oxidados utilizando el método de Hummer que consiste en primer lugar en oxidar este polvo con NaNO3 y H2SO4 a continuación se le añade KMnO4 y agua desionizada, y, finalmente, se agrega H2O2 para eliminar los residuos de KMnO4, de manera que obtenemos GO dispersable en agua. Una vez obtenido, se somete a un proceso mecánico (ultrasonido, sonicación) que permite la interacción de los grupos funcionales con oxígeno, obtenidos en el proceso de oxidación, con el agua. A continuación, se tiene que separar el GO obtenido de las trazas de grafito mediante un proceso de centrifugado. Este GO puede ser reducido o restaurado por procesos térmicos o químicos utilizando agentes reductores obteniendo así un compuesto conocido como “Oxido de grafeno reducido” (rGO). Sin embargo, los derivados de grafeno obtenidos durante esta síntesis presentan múltiples impurezas en su estructura debido a procesos de oxidación y reducción incompletos, dejando grupos funcionales con oxígeno en su estructura.

El grafeno puede obtenerse también a partir de un proceso de sublimación de los átomos de silicio procedentes de SiC a elevadas temperaturas (1300ºC), y condiciones de alto vacío en un proceso denominado “Crecimiento epitaxial utilizando SiC como catalizador” (Epitaxial growth using SiC substrates) 10 . De este modo se han conseguido láminas de grafeno con alta movilidad y un importante comportamiento de electrones gaseosos. Sin embargo, las estrictas condiciones de síntesis de este proceso limitan la producción a gran escala del mismo. El método de síntesis que mayor interés y mejores resultados ha conseguido es el denominado “Deposición química de vapor” (CVD) (Chemical vapor deposition). Este método se basa en la posibilidad del grafeno para crecer sobre Ni11 , Pd12, Ru13, Ir14 y Cu15. Esta metodología requiere un horno de tubo que sirva para elevadas temperaturas, una cámara de vacío de cuarzo, un sistema de control de vacío y presión, para ajustar las condiciones de crecimiento, así como controladores de flujo másico para proporcionar una fuente de carbono y gases reactivos con el caudal necesario.

PROPIEDADES DEL GRAFENO El grafeno por definición posee unas características muy interesantes, algunas absolutamente asombrosas. Además de su extremada delgadez, lo que le hace ser transparente y al mismo tiempo muy flexible, es uno de los materiales más duros y resistentes. El grafeno también es transcendental por las increíbles propiedades térmicas, electrónicas, ópticas y mecánicas que presenta. Estas propiedades junto a la abundancia de carbono en la naturaleza, han hecho al grafeno ganarse el sobrenombre de “material del futuro” o “material de Dios”.

ES BIDIMENSIONAL El grafeno se considera un material bidimensional porque está compuesto de finísimas capas de un átomo de espesor, con lo que prácticamente solo se aprecian dos de sus dimensiones. Para hacernos una idea más real, estaríamos hablando de que es unas 100.000 veces más delgado que el cabello humano.

ES LIGERO El grafeno es un material ultraligero. Una lámina de grafeno de 1 metro cuadrado pesa solo 0,77 miligramos, lo que, en comparación con el acero (con la misma superficie), supondría un peso 200 veces menor. Sin embargo, tiene una gran superficie específica de 2600 m2 /g, lo que le confiere cierta capacidad de autoenfriamiento que, a pesar de su resistencia, lo hace extremadamente ligero y flexible. Por poner un ejemplo visual, el grafeno tiene un espesor tal que un solo gramo bastaría para cubrir totalmente un campo de fútbol.

ES FLEXIBLE El grafeno es flexible, elástico, maleable. Su constante elástica es enorme, tanto que una lámina de grafeno puede estirarse un 10% de su tamaño normal de forma reversible y puede doblarse hasta un 20% sin sufrir daño alguno, al mismo tiempo que puede enrollarse sobre sobre sí misma para crear nanotubos o adoptar cualquier otra forma. Las superficies de los materiales en los que se

aplica el grafeno tienen menos posibilidades de quebrarse y por tanto más durabilidad.

ES DURO Y RESISTENTE Sin embargo, a pesar de su flexibilidad, el grafeno es un material que supera la dureza del diamante y es más de 100 veces más fuerte y resistente que el acero estructural con su mismo espesor. Es altamente rígido, con lo que soporta grandes fuerzas sin apenas deformarse. Tiene una resistencia mecánica de 42 N/m (tensión de rotura), mientras que una lámina del acero más resistente y del mismo espesor que el grafeno, tendría aproximadamente una resistencia de 0,40 N/m. Se estima que para atravesar una lámina de grafeno con un objeto afilado sería necesario realizar un peso sobre él de aproximadamente cuatro toneladas. Para ilustrar mejor estas propiedades mecánicas del grafeno, podríamos poner el ejemplo que utilizaron sus descubridores en el discurso de entrega del premio Nobel. Este material es tan fuerte que una hipotética hamaca casi invisible de un metro cuadrado de superficie hecha con grafeno sería capaz de soportar el peso de un gato sin romperse. La hamaca pesaría menos de 1 miligramo, siguiendo con la analogía, menos que uno de los pelos del bigote del gato.

ES TRANSPARENTE En cuanto a propiedades ópticas, el grafeno puro es prácticamente transparente, similar al vidrio, debido a su poco espesor. Una monolámina de este material absorbe solamente un ~2,3 % de luz blanca incidente que llega a su superficie. La absorción de luz se incrementa conforme aumenta el número de láminas de grafeno que se superponen (esto es, cuantas más láminas compongan el grafeno, menos transparente es). - ES CONDUCTOR ELÉCTRICO Y TÉRMICO El grafeno es el mejor conductor térmico que se conoce y también un excelente conductor eléctrico. Su conductividad térmica es de 5,000 W/mK, mayor que la del cobre, el diamante o la plata, lo que le permite disipar el calor y soportar intensas corrientes eléctricas sin calentarse. Por otro lado, el grafeno conduce la electricidad tan bien como el cobre: su conductividad eléctrica es 0,96 · 108 (Ω ·

m-1 ), mientras que la del cobre es de 0,60 · 108 (Ω · m-1 ) y la del silicio 4,5 · 10-4 (Ω · m-1 )

ES HÍBRIDO ENTRE SEMICONDUCTOR Y METAL Una forma de clasificar los materiales según lo bien que conduzcan la electricidad es en: conductores, semiconductores y aislantes. El grafeno no es ninguna de las tres, sino que comparte características de los conductores y los semiconductores. A nivel cuántico, debido a su disposición espacial y al tipo de enlace entre los carbonos que lo componen, los electrones se desplazan sobre la superficie del grafeno a una velocidad sin precedentes en ningún otro material, comportándose como partículas sin masa conocidas como fermiones de Dirac (al igual que los fotones y los fermiones), y la relación resultante entre la energía y su momento es lineal. Se mueven a una velocidad 300 veces menor que la de la luz, pero mayor que la de los electrones de los metales. Comparar la velocidad a la que se mueven los electrones en el grafeno y en el silicio, sería como comparar un coche de Fórmula 1 con una bicicleta. Al aumentar su velocidad y eficiencia, el grafeno se calienta menos (tiene menor efecto Joule) y necesita menos energía (es decir, consume menos electricidad) que el silicio para realizar la misma tarea. Esto permite que en un pequeño trozo de grafeno se puedan realizar experimentos que hasta ahora solo podían hacerse en aceleradores de partículas. Por estas razones, el grafeno no puede clasificarse ni como un semiconductor ni como un metal. Es un híbrido entre ambos materiales que posee las mejores propiedades de los dos.

SOPORTA LA RADIACIÓN IONIZANTE Estudios recientes también han demostrado que el grafeno tiene una alta reactividad química y que, al incidir la luz sobre él, emite energía (por la promoción de electrones) pero sin llegar a ionizarse (es decir, el átomo no llega a desprenderse del electrón), por lo que es capaz de soportar la radiación ionizante. La radiación ionizante tiene aplicación en campos como el sanitario,

en el que se utilizan aparatos que emiten estas radiaciones, como en sistemas de radioterapia, etc.

ES MULTIPLICADOR DE FRECUENCIAS El grafeno es multiplicador de frecuencias. Si se le aplica una señal eléctrica de cierta frecuencia, el grafeno genera otra onda del doble o triple de frecuencia, por lo que permite trabajar a frecuencias.

ES DENSO E IMPERMEABLE A todas las ventajas mencionadas hasta ahora tenemos que añadirle su condición de impermeable. El grafeno es muy denso, incluso resistente a la penetración de las moléculas del gas helio, las más pequeñas que existen. Sin embargo, sí deja pasar el agua, la cual, encerrada en un recipiente de grafeno, muestra una velocidad de evaporación similar a la que muestra en un recipiente abierto. Geim y su grupo de científicos observaron que una lámina de óxido de grafeno es impermeable a todo tipo de líquidos, vapores y gases, salvo al agua. Las capas de óxido de grafeno dejan huecos que permiten pasar a las moléculas de agua (el H2 O penetra a través de las membranas de óxido de grafeno diez mil millones de veces más rápido que el helio), pero si otras moléculas tratan de hacer lo mismo se ven frenadas por los capilares del grafeno, que se recubren con las moléculas de agua. Mediante un experimento comprobaron que el agua se evapora a la misma velocidad en un recipiente sellado con membranas de grafeno que en un recipiente totalmente abierto. Es por ello que otras aplicaciones industriales del grafeno podría estar relacionadas con la separación y filtración de sustancias, la destilación de ciertos líquidos, la producción de biocombustible, la eliminación de tóxicos en el agua o la purificación de ciertos productos químicos, entre otras.

ES BACTERICIDA

Es un material bactericida, capaz de inhibir el crecimiento de microorganismos como bacterias, virus y hongos, pero que, sin embargo, no afecta al ADN humano y, por ser carbono, se ha demostrado que permite el crecimiento de células, lo que lo convierte en un sustrato con un potencial muy interesante para la medicina regenerativa o para la industria alimentaria.

ES BIOCOMPATIBLE Los estudios in vivo que se han realizado sobre la toxicidad del grafeno, todos ellos en poblaciones de ratas por inyección intravenosa e intratraqueal, han revelado que el óxido de grafeno no reporta toxicidad aparente para las células biológicas en concentraciones bajas y medias (0,1 mg y 0,25) mientras que las dosis altas (0,4 mg) mostraron toxicidad crónica, pues aproximadamente 4 de 9 ratones murieron. Podemos concluir, que el grafeno puede ser dañino para la salud cuando está sin funcionalizar debido a los residuos derivados de su producción. Sin embargo, ya oxidado y funcionalizado, tiene efectos de estrés oxidativo, y es menos viable a medida que sus dosis y su concentración son más altas.

REACCIONA CON OTRAS SUSTANCIAS El grafeno es sensible a cualquier molécula que se deposite en su superficie y puede reaccionar con otras sustancias para formar composites con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo. - ES AUTORREPARABLE Otras características, todavía en investigación y discusión, son la capacidad de autoenfriamiento y la capacidad de autorreparación. Al parecer, si una capa de grafeno pierde algunos átomos de carbono por cualquier motivo, los átomos cercanos al hueco dejado se acercan y cierran dicho hueco. Esta capacidad de autorreparación podría aumentar la longevidad de los materiales fabricados con grafeno, aunque de forma limitada.

APLICACIONES



Dispositivos electrónicos

El desarrollo futuro de la electrónica de radiofrecuencia (RF) es de suma importancia para mejorar

los

sistemas

cada

vez

más

exigentes, sobre todo teniendo en cuenta la dificultad de mantener la tendencia histórica que predice la ley de Moore (según la cual el número de transistores por unidad de superficie en circuitos integrados se duplica cada dos años) con los tradicionales basados en silicio (según el propio Moore, su ley dejará de cumplirse llegados al periodo que va desde 2017 a 2022). El destino de los sistemas de radiofrecuencia es principalmente para comunicaciones, ya sean móviles, terrestres o por satélite. Sin embargo, las comunicaciones terrestres o por satélite (1,6, 2,5, 5,2, 23 y 28 GHz) a más altas frecuencias o potencias, así como las correspondientes a bandas puramente militares (banda X entre 8 y 12 GHz), son idóneas para la utilización de una tecnología como el grafeno, que permitiría fabricar transistores más pequeños, y así aumentar la capacidad de los circuitos integrados y, por tanto, las prestaciones de los dispositivos electrónicos. Se espera que la fabricación de circuitos integrados de alta frecuencia basados en grafeno suponga un salto cualitativo en la capacidad actual de los dispositivos inalámbricos, debido fundamentalmente a un aumento en su rendimiento acompañado de reducciones considerables en términos de tamaño, peso y consumo. Las ventajas ofrecidas afectarían tanto a los terminales de comunicaciones del combatiente como a los integrados en distintos tipos de plataformas (radares, antenas, etc.). Como se explicará en apartados posteriores, uno de los desafíos de los transistores de grafeno es integrarlos con otros componentes en un solo chip, lo que no se había logrado hasta ahora, debido principalmente a una mala adherencia del grafeno con metales y óxidos y a la falta de sistemas de fabricación fiables para producir dispositivos y circuitos

reproducibles. Precisamente éste es uno de los objetivos del Programa CERA (Carbon Electronics for RF Applications), financiado por DARPA. 

Generación y almacenamiento de energía

El desarrollo de supercondensadores y baterías basados en grafeno permitiría disponer de unidades de almacenamiento de energía de reducido tamaño y peso, con una capacidad de almacenamiento muy superior a las actuales baterías de litio. Esto sería fundamental para el combatiente, ya que vería muy reducida su carga, al poder disponer de unidades que podrían incluso ir integradas en el propio uniforme y que generarían la energía necesaria para poder disponer de todos sus subsistemas durante las misiones que le sean encomendadas. Esta reducción de peso también sería muy importante en el desarrollo de vehículos no tripulados (UXVs), mejorando los sistemas de propulsión principal, lo que concedería una mayor autonomía o permitiría disponer de una mayor carga de pago. En lo que se refiere al resto de plataformas militares, se podrían mejorar las unidades de potencia auxiliar en plataformas tripuladas de gran tamaño, alimentando a su vez todos sus sistemas sin tener que conectar el motor (reduciendo así la firma térmica y acústica). Además, se considera de gran interés desde el punto de vista logístico (menor consume de combustible) incrementar el grado de electrificación de las plataformas, tanto en sus sistemas de propulsión como en los sistemas de armamento y auxiliares, alcanzando el concepto de plataforma completamente eléctrica. 

Sistemas de protección pasiva

Como ya se ha comentado en esta monografía, el grafeno es el material más resistente que se conoce, por lo que ofrece un increíble potencial para su aplicación en la fabricación de materiales para el desarrollo de sistemas de protección pasiva más livianos, flexibles y mucho más efectivos que los actuales. Ya existen investigadores que han elaborado nuevos materiales derivados del grafeno. Así, en la Universidad de Wollongong (UOW) en Australia han desarrollado un nuevo material compuesto elaborado en base

a una mezcla de igual proporción entre grafeno y nanotubos de carbono, que produce las fibras más duras que se han fabricado hasta ahora. Afirman que su resistencia supera 6 veces a la del hilo de una araña y 12 veces al kevlar y que el nuevo material podría resultar más barato y más fácil de hacer (por un método de hilatura en húmedo). Estas nuevas fibras artificiales podrían utilizarse en aplicaciones chalecos

tales

como

antibalas,

los

músculos

artificiales o incluso en el ámbito de los microrrobots. El equipo liderado por

Ali

perteneciente Tecnológica

Reza a de

Ranjbartoreh la

Universidad

Australia,

ha

presentado un innovador material desarrollado a base de láminas de grafito. El resultado son láminas de grafeno del grosor del papel, que muestran un grado de resistencia en relación al acero dos veces superior. 

Pantallas flexibles

Como ya se comentó en apartados anteriores, la transparencia y buena conductividad del grafeno, hacen que este material se pueda emplear en la fabricación de pantallas táctiles flexibles. Una pantalla capaz de doblarse tendría muchas ventajas. Por un lado, serían más ligeras y delgadas y se esperaría que fueran más duraderas que las actuales pantallas rígidas de teléfonos y tabletas, ya que no usan vidrio. Desde el punto de vista militar, el mayor beneficiario sería el propio soldado, que sería el usuario de este tipo de dispositivos que podrían ir integrados en el propio uniforme, con un consumo de energía mucho menor que el de las pantallas actuales. Además, le podría permitir una vía rápida de acceder a la información que apareciese en la pantalla (por ejemplo, situación en el campo de batalla, cambios de objetivo o estratégicos, etc.), sin que eso suponga pérdida alguna de movilidad y operatividad del combatiente al no tener que emplear una mano para sujetar la pantalla.



Dispositivos optrónicos

Científicos de los centros IQFR-CSIC, ICFO y nanoGUNE han logrado atrapar y confinar luz en grafeno, convirtiéndolo en un candidato muy prometedor para procesar información óptica a escalas nanométricas, así como detección óptica y optoelectrónica ultra-rápidas (esto es, una nueva plataforma para procesar información óptica y para detección ultra-sensible). Esta capacidad para atrapar luz en volúmenes extraordinariamente pequeños podría dar lugar a una nueva generación de nano-sensores con aplicaciones en diversas áreas de interés para defensa como sensores de luz, bio-detección, etc. Un conjunto formado por un conductor de la electricidad como es el grafeno, junto con nanocristales ultrasensibles a la luz, podría convertirse en el nuevo material ideal para los fotodetectores, dando lugar a múltiples aplicaciones de los sistemas de visión nocturna. Podrían obtenerse imágenes con mejor resolución a partir de umbrales de luz muy por debajo que los necesarios actualmente. 

Sensores

Resulta muy interesante observar las nuevas aplicaciones que van surgiendo a partir del grafeno. Una muy interesante desde el punto de vista de la seguridad y la defensa es la que se ha desarrollado en el Instituto Politécnico Rensselaer y que muestra cómo una espuma de grafeno puede ser utilizada para la detección de explosivos y otros productos químicos potencialmente peligrosos, superando a los sensores que actualmente se comercializan (Este sensor de grafeno ha podido detectar amoniaco -NH3- y dióxido de nitrógeno -NO2- a una concentración que es un orden de magnitud menor que los detectores actuales. Este descubrimiento abre la puerta a una nueva generación de sensores de gas y químicos, que pueden ser diseñados para detectar muchos gases y especies químicas diferentes. Los principales beneficiarios serían los artificieros y el personal especializado en la detección de agentes químicos. Esta es tan solo una enumeración de algunas aplicaciones que puede tener el grafeno: - Baterías - Sensores - Chips y procesadores

- Ultracondensadores - Wireless: internet de las cosas - Impresión 3D - Robótica - Láser - Telecomunicaciones - Cables de alta velocidad - Edificios - Construcciones civiles - Carreteras - Pinturas para casa - Cámaras fotográficas - Ordenadores - Smartphones y tablets - Altavoces, auriculares y micrófonos - Pantallas táctiles y flexibles: OLED - Automóviles - Motos y bicis - Barcos - Aviones - Trenes - Satélites - Drones - Composites

- Defensa: chalecos antibalas, cascos…. - Textiles y calzado - Termoplásticos - Papel y cartón - Madera - Curtición de pieles - Envases para alimentación - Material - Cristales inteligentes - Productos anticorrosivos - Aleaciones con oro, plata, cobre, aluminio… - Telemetría corporal - Regeneración de tejidos - Conexiones neuronales - Transportadores de fármacos - Secuenciación de ADN - Escáneres corporales - Biosensores - Odontología - Prótesis e implantes - Conexiones medulares - Biónica - Vendajes y apósitos antibacterianos - Materiales ortopédicos

- Ropa inteligente con fines médicos - Óptica: visión nocturna - Energía solar - Energía térmica - Energía eólica - Energía eléctrica - Energía nuclear - Limpieza de la radioactividad - Desalinización del agua

CONCLUSIONES

Se ha definido al grafeno por parte de la comunidad científica como el material que revolucionará el futuro, provocando desde importantes cambios en la industria de la telefonía móvil, las telecomunicaciones o la fabricación de chips, hasta la forma de elaborar fármacos contra el cáncer. Sus magníficas propiedades han movilizado a industria e investigadores para obtener aplicaciones y nuevos productos basados en este material. El interés para los sectores de la Defensa y la Seguridad en el grafeno también es alto, por todas sus posibles aplicaciones y potencial mejora de capacidades del combatiente, plataformas, sistemas de comunicación, etc. Según diversos analistas, el mercado del grafeno crecerá mucho durante los próximos 10 años en diversos sectores como el de la electrónica, el energético, el transporte, etc. Europa ha apostado fuertemente en el desarrollo de esta tecnología y por ello invertirá más de 1.000 M€ en su estudio y desarrollo de aplicaciones en los próximos 10 años (Programa Graphene Flagship). Por lo tanto, se puede afirmar que habrá continuidad en los trabajos para el desarrollo del grafeno durante, al menos, los próximos 10 años. El grafeno es un material muy joven, y muchos expertos opinan que no habrá productos comerciales basados en grafeno (siendo optimistas) hasta 2020. Son muchos los campos de aplicación de este material y, por lo tanto, son muchos los temas que hay que estudiar y retos que superar. En cuanto a la producción del material, actualmente el volumen de oferta es mayor que el que demanda el mercado porque éste es muy pequeño y está fundamentalmente destinado a investigación, siendo los usuarios laboratorios que utilizan cantidades mínimas para caracterizar el material o para desarrollar aplicaciones. En el momento en el que se empezaran a fabricar productos que incluyeran grafeno, la demanda y, por tanto el volumen de fabricación se multiplicaría, lo cual tendría una repercusión directa en el precio del material. El precio del grafeno es a día de hoy bastante elevado. Se pueden adquirir láminas a un coste que va desde los 300 € a los 1.000 €, dependiendo de la calidad y tamaño de la misma. Para los laboratorios estas cifras son asequibles, pero para la fabricación a escala industrial de dispositivos resultaría costoso. Por otro lado, es necesario recordar que el grafeno en sí mismo no debería ser caro ya que el

carbono es un elemento muy abundante. Los costes elevados actuales se deben en gran medida a los costes indirectos que conlleva la producción del grafeno (cuesta prácticamente lo mismo fabricar 1 lámina que 10.000) Por lo tanto, conforme aumente la demanda, el precio del grafeno será mucho menor (actualmente ya se puede adquirir polvo de grafeno a 200€/Kg), hasta el punto de que podría situarse incluso por debajo del coste del silicio (que cuesta alrededor de 50€). La inversión directa del propio Ministerio de Defensa en el desarrollo de aplicaciones con grafeno se considera que tendría un beneficio limitado, dado el limitado número de dispositivos que el Ministerio de Defensa emplearía para uso propio. Sería de mayor interés mantener un alto nivel de compromiso con las iniciativas nacionales y europeas que han surgido o que pudieran surgir y con el tejido industrial y de I+D nacional que existe actualmente y que trabajan en el desarrollo de aplicaciones basadas en grafeno. Por lo tanto, para los organismos de Defensa con interés en el desarrollo de las aplicaciones con grafeno: Se considera que la opción de invertir en el desarrollo de nuevos procesos de fabricación de grafeno no sería lo adecuado (el rol de Defensa en este caso no es el de productor de material). Ya existen bastantes productores nacionales a los que se les podría comprar directamente el material. ·

Se

considera conveniente crear convenios o consorcios con los grupos de investigación nacionales, para colaborar con éstos en proyectos sobre el desarrollo de tecnologías de interés para defensa, tal y como se ha mencionado anteriormente. · Se considera de interés mantener una línea de simulación / diseño, ya que no supone una gran inversión en equipamiento, con el fin de adquirir una base de conocimiento mínima, que permita sentar unas bases para conseguir los objetivos planteados anteriormente: criterio tecnológico, conocer el estado del arte y nuevos desarrollos, participar y promover propuestas de interés para defensa, etc.

REFERENCIAS

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Balandin, A. A., Ghosh, S., Bao, W., Calizo, I., Teweldebrhan, D., Miao, F., & Lau, C. N. (2008). Superior thermal conductivity of single-layer graphene. Nano letters, 8(3), 902-907.

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Frank Schwierz «Graphene transistors» Nature Nanotechnologies, 2010.

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Jeong-Sun Moon (HRL Laboratories, LLC) «Carbon-based Electronics: Graphene» 1st NANO-TEC Workshop European Commission ICT Theme, 2010.

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Pablo Solís Fernández «Tesis: Modificación superficial de materiales de carbono: grafito y grafeno», Univ. Oviedo 2011.

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Presentaciones «Industrial Day» sobre grafeno organizado por ICMM, 2011.

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Presentación Rodney S. Ruoff (University of Texas) «Graphene Materials and Opportunities», 2011.



Vicente López Fernández «Tesis: Nanomateriales basados en carbono», 2009.