Grafeno: El caso de un material en proceso de industrialización


Reportaje

Alejandro García Domínguez

La mayoría de las ideas fundamentales de la ciencia son esencialmente sencillas y, por regla general, pueden ser expresadas en un lenguaje comprensible para todos.

Albert Einstein

Viernes por la noche

Experimentar cuestiones ociosas puede arrojar resultados inesperados. Así ocurrió un viernes por la noche. Un par de científicos de origen ruso no pensaba que tras la simple extracción la punta de un lápiz, con el apoyo de una cinta adhesiva, hallarían impregnado en el grafito un material desconocido con propiedades extraordinarias: el grafeno. Mucho menos la imaginación ni cualquier fantasía lúdica podían alcanzar éxito o impacto en las mentes de Andre Geim y Konstantin Novoselov, los ganadores del Premio Nobel de Física del año 2010 “Por los experimentos innovadores relacionados con el material bidimensional: Grafeno”, tal como lo indicó la Real Academia de Ciencias de Suecia.

            El diario El Universal, en su edición del 6 de octubre del 2010, citó la narración que Novoselov dio al portal de ScienceWatch.com: en el laboratorio de Geim, dijo el científico, el 10% del tiempo se destinaba a los denominados “experimentos de viernes por la noche”. Sin embargo no todo fue suerte. La primera vez que lo intentaron, en el 2004, no resultó, pero una “cadena de coincidencias” permearon para concretar el hallazgo en tan sólo una semana.

En la actualidad el trasfondo es diferente al que se ha estado suscitando alrededor del mundo. Por eso la intención es determinar si existe la posibilidad de que este material cumpla con las expectativas, causantes de un sinfín de debates científicos, incertidumbres económicas y proyecciones sociales en cuanto a su aplicación tecnológica. También se discute en México si es viable explotar el grafeno en el uso cotidiano o en programas de investigación para su perfeccionamiento.

            Una aproximación al Grafeno

Meses antes del anuncio del Nobel de Física, el grafeno ya estaba provocando estragos. El año pasado, “el grafeno fue tema de alrededor de 3000 artículos de investigación y más de 400 aplicaciones patentadas”, así lo señaló el periodista especializado en temas científicos Richard van Noorden en su artículo titulado “Chimestry: The trials of new carbon”, publicado en la revista electrónica Nature.com.

No solamente en el entorno académico es tema de discusión, también lo fue en la serie televisiva  The Big Bang Theory en el capítulo The Einstein Approximation, donde el personaje de Leonard trata de descubrir el enigma que envuelve al grafeno.

Para situar la importancia del grafeno, se debe primero responder a la pregunta: ¿Qué es? Sin entrar al enramado lingüístico de la jerga de los físicos o químicos, se puede definir que el descubrimiento de Geim y Novoselov –quienes actualmente ejercen como investigadores de la Universidad de Manchester- es un derivado del carbono, y sus propiedades asemejan a la descripción de un traje de superhéroe: es 200 veces más resistente que el acero, es mejor conductor de calor que cualquier otro material, lo mismo pasa en el rubro de conductor eléctrico. Visualmente es transparente debido a que su grosor es del tamaño de un átomo y cuenta con una alta densidad que incluso ni el helio (el átomo de gas más pequeño) puede traspasarlo, así lo señaló la Academia de Suecia.

"Profesores". Fuente: El país.com

Por otra parte, si se realiza una descripción estructural, se puede utilizar la analogía que el periodista Fernando Guzmán Aguilar postuló en sus notas relacionadas con el grafeno, publicadas en la Gaceta UNAM (27 de abril de 2011) y El Universal (16 de diciembre de 2010): “El grafeno es una lámina formada por átomos de carbono dispuestos en los vértices de una red hexagonal que se parece a un panal de abejas.”

En una entrevista que Ángel Rodríguez Lozano realizó, en su podcast Vanguardia de la Ciencia, al Dr. Francisco Guinea, físico teórico de la materia condensada, éste argumentaba que anteriormente se creía que el carbono no podía ser estudiado en  superficies planas, sólo había teorías sin intentar comprobarlas o por lo menos el interés era nulo. Esta afirmación histórica también fue aportada por Martínez-Guerra, Cifuentes Quintal y R. de Coss en su artículo “Grafeno: un paso hacia el futuro”, publicado en la Revista Interdisciplinaria de Nanociencia y Nanotecnología del mes de Junio del 2009; allí, los autores mencionaban: “en los años treinta del siglo XX, Peierls y Landau habían demostrado teóricamente que este material era termodinámicamente inestable y no podía existir”.

Todo ello era inconcebible y sólo podía quedar en la ficción (seguramente el personaje de Tony Stark estaría aglutinando e invirtiendo en este material para su traje de superhéroe). La realidad es otra y las expectativas son cada vez más radicales, como las ideas del personaje de Iron Man.

            El carbono puede considerarse como el elemento más interesante y sorpresivo desde finales del siglo XX y principios del XXI. El periodista Richard van Noorden, en el artículo ya referido, mencionaba que “el grafeno es la tercera y más reciente forma descubierta del ‘nuevo carbono”. Esto es debido a que los materiales relacionados con el carbón, como los fullerenos (descubiertos en 1985, pero reconocidos hasta el otorgamiento del Nobel de Química de 1996 a los científicos Robert F. Curl Jr., Harold W. Kroto y Richard E. Smalley) y los nanotubos (descubiertos en 1991) fueron los dos logros más importantes pero al mismo tiempo los más limitados en su uso industrial, por lo que el grafeno, al demostrar propiedades más dinámicas y sencillas, tiene más posibilidades de inversión en cualquiera de los niveles y tipos de investigación.

            Fantasías y realidades de ayer y hoy

La imaginación se puede echar andar si un día el iPad o las netbooks desapareciesen del mercado. Toda esa tecnología puede verse reducida a una delgada hoja de grafeno transparente, la cual permite flexionar y cambiar las propiedades físicas de manera drástica, todo sin siquiera perder información y sin dañar su estructura interna.

Sí, transparente, sin cables, ni circuitos, ni alambres, ni teclas, ni mouse, ni baterías, nada de diseños especiales como ocurre con las laptops. La pantalla de este gadget sería táctil como cualquier iPod, sin la necesidad de tener forma de iPod. Las pantallas táctiles actuales se producen con óxido de indio y estaño, material escaso, elevado en costos y contaminante, por lo tanto, el grafeno parece ser la opción más viable. La tecnología mostrada en la película de ciencia ficción Tron: Legacy puede ser, hasta cierto punto, posible de imitar. El personaje central, Kevin Flynn, estaría compitiendo contra Tony Starks, eso si tan sólo ellos existieran porque el grafeno ya es parte de la realidad.

Fuente: El país.com

Lo expuesto es en cierta medida un desvarío ante el descubrimiento de un material aplicable a casi cualquier ámbito tecnológico. Esto meramente compete al mundo de la nanotecnología. Las expectativas son grandes y el fantaseo es permisible.

No obstante, en una nota publicada por el diario El País (6 de agosto del 2010), antes de la premiación del Nobel de Física, Andre Geim argumentaba que “a menudo la imaginación corre más deprisa que la razón. Pero en el caso del grafeno sí que hay fuego detrás del humo […] Todavía  no está nada claro que la tecnología del grafeno vaya a ser mejor de la que ya existe”.

Incluso las fantasías auguran la posible sustitución del silicio, elemento básico para la creación de microchips y transistores o, en pocas palabras, la base de toda la electrónica. En otra nota del El País (18 de abril del 2011), Miguel Ángel Mendez expone que las ventajas del grafeno sobre el silicio son radicales: 500 veces más pequeño y 10 veces más veloz. Antonio Castro Neto, físico de la universidad de Boston, predice que la sustitución del silicio aún tiene que esperar mucho más tiempo, “por lo menos una década […] El silicio es un gran negocio en el que se ha invertido muchísimo dinero” (El País, 6 de agosto de 2010). Empresas como Samsung, Toshiba e IBM ya están realizando pruebas basadas en el grafeno.

            Asimismo, el optimismo por las expectativas que brinda el grafeno, poco a poco han sido contrapuestas a falta de profundización en investigación básica y por su temprano descubrimiento.

En entrevista, el Dr. Doroteo Mendoza López, investigador del Instituto de Investigaciones Materiales de la UNAM y actual miembro de la Asociación Mexicana de Física, mencionó que “para el descubrimiento del grafeno, que en sí se hizo en el 2004, hasta hoy [2010] es, en términos de investigación, un  tiempo muy corto como para haberse desarrollado dentro del campo […] Ahorita por el Premio Nobel es posible que se ponga de moda este material”.

Pero por la parte contraria al optimismo, el grafeno tiene ciertas deficiencias que han pasado inadvertidas para los que fantasean. En la entrevista que le fue realizada, el Dr. Francisco Guinea mencionó un inconveniente: “Aún se está trabajando por encontrar una forma práctica de fabricarlo a escala industrial y a bajo coste”.

En cuanto a la estructura química del material, el Dr. Gerardo García Naumis, del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la UNAM, ha mencionado otro de los principales inconvenientes, que recoge Fernando Guzmán Aguilar: “En el grafeno es difícil ‘detener’ los electrones. Y en un transistor, éstos tienen que ser controlados como con una llave que a veces hay que cerrar y abrir” (El Universal, 16 de diciembre de 2010).

El “grafenómeno”… ¿al alcance de México?

Los resultados y las posibilidades aplicativas e investigadas en los últimos seis años, conllevan a preguntarse si este material puede ser estudiado a gran escala en México. Los doctores Mendoza López y García Naumis son parte de un selecto grupo, por no decir reducido, que está investigando a nivel básico las propiedades del grafeno. “Yo no conozco ninguna empresa mexicana en la que se estén realizando aplicaciones industriales […] Es muy poco el tiempo para asegurar su viabilidad al nivel esperado”, dijo el Dr. Mendoza López.

            Ahora bien, a pesar de la corta existencia del grafeno y de su impacto a nivel mundial en el ámbito científico, ¿pueden diagnosticarse, en el caso de México, los avances e inversiones en la investigación científica, específicamente en nanotecnología?

            En su artículo publicado en la Revista Interdisciplinaria de Nanociencia y Nanotecnología, bajo el título de “Nanotecnología: un nuevo futuro para los investigadores y una mina de oro para inversionistas y empresarios mexicanos”, Jorge Milton, economista especializado en estrategias de comercialización en los rubros científicos, resalta que la nanotecnología mantiene dos problemas fundamentales pero al mismo tiempo dos pretextos para orientar la inversión en el ámbito nanotecnológico. Primero: “la inexistencia de condiciones para la comercialización de la nanotecnología en México necesita precisar las condiciones comerciales”, y segundo: se necesita “la creación de alianzas estratégicas y canales de distribución de las nuevas soluciones tecnológicas”.

            Eso, a pesar de la Proyección del gobierno federal titulada Visión México 2030, citada en el trabajo de Milton, en que se exponen puntos que a simple vista parecían viables pero que sólo se han quedado en el buró de pendientes. Por ejemplo, uno de los puntos irónicos es la propuesta de “mejorar la relación del gasto de inversión en Ciencia y Tecnología con respecto al PIB”, aunque, según las notas publicadas en La Jornada el 24 de septiembre del 2008, y en El Universalel 15 de diciembre del 2010 (un lapso de dos años), el gasto de inversión en CyT respecto al PIB se ha mantenido en el 0.4%. Eso sólo por poner uno de muchos casos.

Fuente: Agencia EFE

            Pero esto no significa que todo sea concerniente a cuestiones negativas. Según el artículo de Jorge Milton, México ocupa el lugar número 70 de los primeros 100 países en cuanto a publicaciones relacionadas en nanotecnología. Por lo menos en lo que concierne a difusión científica no hay inconvenientes. El problema radica en aplicaciones tecnológicas.

            El reporte de nanotecnología de la Secretaría de Economía, realizado dentro del periodo de 1998-2004 a 94 empresas “con potencial nanotecnológico en México”, evidenció lo siguiente: “El 59% de estas empresas no conoce el tema o tiene un conocimiento incipiente acerca de la nanotecnología”. Además, señala que, en general, “las empresas no tienen acceso a laboratorios y plantas piloto equipadas para realizar proyectos de investigación en nanotecnología”.

            La firma Jorge Milton International realizó una serie de entrevistas a funcionarios y empresarios de México en los meses de noviembre del 2008 a mayo del 2009, en las que se identificaron los factores que afectan la comercialización de nano productos, como el grafeno, en territorio mexicano; entre los problemas más destacados se sitúan: Los esquemas de financiamiento público para proyectos de investigación y desarrollo científicos son complejos, burocráticos y politizados; el desarrollo científico está monopolizado y altamente condicionado por el gobierno; la red de nano laboratorios sigue fragmentada a pesar de que ya son varios los grupos de nanotecnólogos.

            Con el panorama puesto sobre la mesa, las posibilidades de inversión con el grafeno se hallan distantes en aspectos aplicados a la tecnología y al mismo tiempo se encuentran limitados en cuanto a investigación básica. Peter Antoinette, director de la corporación italiana Nanocom, ha dicho que “el grafeno tendrá su lugar, pero necesitará algo más de tiempo de lo que la gente piensa”. La información es vasta y está al alcance de cualquier mortal. Si el panorama general acerca del grafeno a nivel mundial tiene incertidumbres, ¿qué se puede esperar del caso de México?; si a ese paso sigue, no será sorpresa que los personajes ficticios como Tony Stark y Kevin Flynn pasen a ser reales antes de que México comience a invertir en la nanotecnología del grafeno.

 

 

Fuentes consultadas:

–          Entrevista al Físico Francisco Guinea hecha por Ángel Rodríguez Lozano en Vanguardia de la Ciencia [En línea] Disponible en: http://www.cienciaes.com

–          Entrevista de George Brumfiel a Andrei Geim publicada el 7 de octubre del 2010 [En línea] disponible en: http://www.nature.com/news/2010/101007/full/news.2010.525.html

–          Página de internet sobre el grafeno disponible en: grafeno.com

–          Entrevista realizada por el equipo de investigación “El grafeno y sus proyecciones” de la Facultad de Ciencias Políticas y Sociales de la UNAM, al Dr. Doroteo Mendoza López, investigador del Instituto de Investigaciones Materiales de la UNAM y actual miembro de la Asociación Mexicana de Física

–          Olivares Alonso, Emir “Escasa inversión en Ciencia frena el desarrollo social y económico” en el diario La Jornada. Fecha: 24 de septiembre del 2008 [En línea] Disponible en: http://www.jornada.unam.mx/2008/09/24/index.php?section=ciencias&article=a02n1cie

–          Calzada, Miguel “Próximamente en sus pantallas: el grafeno” en el diario El país. Fecha: 6 de agosto del 2010 [En línea] Disponible en: http://www.elpais.com/articulo/sociedad/Proximamente/pantallas/grafeno/elpepisoc/20100806elpepisoc_1/Tes

–                    S/A “Entérate, el grafeno y sus propiedades” en el diario El Universal. Fecha: 5 de octubre del 2010 [En línea] Disponible en: http://www.eluniversal.com.mx/notas/713918.html

–                    Rivera,  Alicia “Nobel de Física para el grafeno” en el diario  El País. Fecha: 6 de octubre del 2010 [En línea] Disponible en: http://www.elpais.com/articulo/futuro/Nobel/Fisica/grafeno/material/revolucionario/elpepusocfut/20101006elpepifut_1/Tes

–          S/A “Los rusos demostraron las nuevas propiedades del carbono” en el diario El Universal. Fecha:6 de octubre del 2010 [En línea] Disponible en: http://www.eluniversal.com.mx/cultura/63963.html

–          S/A “Dan Nobel de Física a rusos que descubrieron el grafeno” en el diario Milenio.  Fecha: 6 de octubre del 2010 [En línea] Disponible en: http://impreso.milenio.com/node/8843738

–          Martínez, Nurit “Urgente invertir en Ciencia” en el diario El Universal. Fecha: 15 de diciembre del 2010 [En línea] Disponible en: http://www.eluniversal.com.mx/nacion/182543.html

–          Guzmán Aguilar, Fernando “Grafeno: material de “otro mundo” en el diario El Universal. Fecha: 16 de diciembre del 2010 [En línea] Disponible en: http://www.eluniversal.com.mx/cultura/64414.html

–          Van Noorden, Richard “Chimestry: The trials of new carbón” en el sitio Nature.com. Fecha: 5 de enero del 2011 [En línea] Disponible en: http://www.nature.com/news/2011/110105/full/469014a.html

–          S/A “El grafeno no sustituirá al silicio en CPU: IBM” en el sitio PCworld. Fecha: 24 de enero del 2011 [En línea] Disponible en: http://www.pcworld.com.mx/Articulos/11529.htm

–         Guzmán Aguilar, FernandoEl grafeno, nuevo material con múltiples opciones tecnológicas” en el diario Gaceta UNAM No. 4307. Fecha: 27 de enero del 2011 [En línea] Disponible en: http://www.dgcs.unam.mx/gacetaweb/historico.html

–          Mendez, Miguel Ángel “Grafeno y silicio, los nuevos materiales de la tecnología” en el diario El País. Fecha: 18 de abril del 2011 [En línea] Disponible en: http://www.elpais.com/articulo/Pantallas/Grafeno/siliceno/nuevos/materiales/tecnologia/elpepirtv/20110418elpepirtv_1/Tes

–          Powell, Devin “Silicene: It could be the new graphene” en el sitio ScienceNews. Fecha: 23 de abril del 2011 [En línea ] Disponible en: http://www.sciencenews.org/view/generic/id/71705/title/Silicene_It_could_be_the_new_graphene

–          Milton, Jorge. Artículo:“Nanotecnología; un nuevo futuro para los investigadores y una mina de oro para inversionistas y empresarios mexicanos” en la Revista Interdisciplinaria de Nanociencia y Nanotecnología Volúmen 1, No. 2 de Junio 2009, editada por la UNAM. 15-23pp.

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Comments
One Response to “Grafeno: El caso de un material en proceso de industrialización”
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