El grafeno y sus derivados

EL GRAFENO Y SUS DERIVADOS

¿Qué es el grafeno?

El grafeno es un nanomaterial constituido por una lámina de carbono de un solo átomo de espesor en la cual los átomos de carbono que lo componen se encuentran fuertemente unidos a través de su característica estructura hexagonal.

Átomos de carbono unidos por enlaces covalentes formando una lámina de grafeno.

Propiedades del grafeno

El grafeno es un material con propiedades únicas que le hacen especialmente atractivo, tanto desde el punto de vista de la investigación como del de las posibles aplicaciones de sus derivados:

  1. Propiedades electrónicas. El grafeno es el material con mayor conductividad eléctrica que se conoce. Así, su valor de resistividad intrínseca bate las marcas de la plata, que hasta ahora sustentaba el título de material con menor resistividad eléctrica.
  2. Propiedades fisicoquímicas. Los 0,34 nm de la fina lámina de carbono que conforma el grafeno hacen de este el material de menor espesor conocido.
  3. Propiedades térmicas. La conductividad térmica del grafeno, o lo que es lo mismo, la capacidad de un material para transferir calor, es mayor que la de cualquier material conocido hasta la fecha.
  4. Propiedades ópticas. Al tratarse de un material con tan reducido espesor, los fotones lo atraviesan fácilmente haciendo que una lámina de grafeno solo absorba el 2,3% de la intensidad de la luz que llega a su superficie.

Aplicaciones del grafeno: ¿es preciso hablar en estos términos?

El grafeno y sus extraordinarias propiedades no tienen aplicación final más allá del laboratorio. Por ello, es más correcto hablar de nanomateriales de carbono o derivados del grafeno cuando nos referimos a la aplicación industrial del mismo.

Algunos de los más importantes nanomateriales de carbono son las nanofibras, nanotubos, nanoesferas o fullerenos; y dentro de este grupo destacan los derivados grafénicos como el óxido de grafeno (GO, por sus siglas en inglés) y el óxido de grafeno reducido (rGO).

Comparación nanométrica de diferentes materiales carbonosos (Calandra et al., 2020).

Derivados del grafeno: diferencias y aplicaciones

El grafeno puede agruparse en capas que interaccionan débilmente. Así, se puede encontrar grafeno monocapa, bicapa, de pocas capas (3 a 4) o multicapas (5 a 10). Cuando este grafeno se agrupa en un número indefinido de capas se obtiene un material conocido como grafito, del que puede generarse óxido de grafito y, a su vez de este, los derivados del grafeno: óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido, los cuales, ya sí, pueden considerarse nanomateriales.

  1. Óxido de grafeno (GO). Derivado del grafeno que se consigue a través de un proceso denominado exfoliación (agitación o sonicación).
  2. Óxido de grafeno reducido (rGO). Derivado grafénico producido mediante la eliminación del contenido de oxígeno de la estructura del óxido de grafeno a través de procesos químicos o térmicos.

Representación de uno de los métodos de obtención de óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido.

La principal diferencia entre estos derivados del grafeno radica esencialmente en aspectos químicos, como el nivel de contenido de oxígeno: mientras que los niveles del óxido de grafeno oscila ente el 40 y el 50% del peso, el óxido de grafeno reducido tiene unos valores inferiores al 40%.

Las aplicaciones más destacables del óxido de grafeno son las siguientes:

  1. Composites, por su fácil dispersabilidad en agua y disolventes orgánicos gracias a la presencia de grupos oxigenados.
  2. Desalinización y purificación de agua, por su facilidad de integración tanto dentro de las membranas de ósmosis inversa como en las convencionales.
  3. Almacenamiento de energía en supercondensadores, mejorando la conductividad eléctrica y la capacitancia específica.
  4. Dispositivos biocidas, por sus demostradas propiedades antibacterianas estos nanomateriales pueden usarse en la manufactura de vendas, envases alimentarios y productos médicos.
  5. Inmunosensores electroquímicos, sensores de glucosa y detectores de ADN y proteínas, como en el diagnóstico de enfermedades como el VIH.

Por su parte, las principales aplicaciones del óxido de grafeno reducido son:

  1. Ánodos para baterías de elevado rendimiento.
  2. Aptasensores, o sensores para detectar células cancerígenas.

Así vemos cómo las aplicaciones de los derivados del grafeno en diferentes industrias son numerosas. Desde Phi4tech y las diferentes empresas del grupo, en la actualidad, aplicamos nanomateriales basados en derivados grafénicos para crear la única pintura en el mundo que aúna cal y tecnología de grafeno, baterías y supercondensadores más eficientes y sostenibles, polímeros médicos con propiedades antibacterianas y polímeros industriales con propiedades especiales.