EL GRAFENO. Brayan Steven León Martinez. Grado:77 Codigo:22

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1 EL GRAFENO. Brayan Steven León Martinez. Grado:77 Codigo:22
Melisa Isabel Tamara Urruita. Colegio Técnico Industrial José Elías Puyana.

2 INTRODUCCIÓN El grafeno es una sustancia con unas características muy interesantes, algunas asombrosas.  Estas propiedades junto a la abundancia de carbono en la naturaleza han hecho al grafeno ganarse el adjetivo de "material del FUTURO".

3 QUE ES EL GRAFENO. El grafeno es una sustancia formada de carbono puro, con átomos dispuestos en patrón regular hexagonal, similar al grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Es muy ligero, una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan sólo 0,77 miligramos. Se considera 200 veces más fuerte que el acero y 200 veces menos pesado. Es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano (como panal de abeja) formado por átomos de carbono y alances covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.

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5 ALGUNAS DE LAS CARACTERÍSTICAS MÁS DESTACADA DEL GRAFENO
• Alta conductividad térmica. • Alta conductividad eléctrica. • Alta elasticidad (deformable). • Alta dureza (resistencia a ser rayado). • Alta resistencia. El grafeno es aproximadamente veces más resistente que el acero, similar a la resistencia del diamante, pero es muchísimo más ligero. • Es más flexible que la fibra de carbono pero igual de ligero. • La radiación ionizante no le afecta. • Presenta un bajo efecto Joule (calentamiento al conducir electrones). • Para una misma tarea el grafeno consume menos electricidad que el silicio. • Es capaz de generar electricidad 

6 DESCRIPCIÓN. Anteriormente, se han utilizado para el término grafeno descripciones como capas de grafito, capas de carbono u hojas de carbono. [...] No es correcto utilizar, para una sola capa, un término que incluya el término grafito, que implica una estructura tridimensional. El término grafeno debe ser usado sólo cuando se trata de las reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales. El grafeno perfecto se constituye exclusivamente de celdas hexagonales; las celdas pentagonales o heptagonales son defectos. Ante la presencia de una celda pentagonal aislada, el plano se arruga en forma cónica; la presencia de 12 pentágonos crearía un fulereno. De la misma forma, la inserción de un heptágono le daría forma de silla. Los nanotubos de carbono de pared única son cilindros de grafeno.

7 PROPIEDADES DEL GRAFENO.
Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen: Algunos científicos de la Universidad de Ilinois en Michigan aseguran que tiene porpiedade de autoenfriamiento. Alta conductividad térmica y eléctrica. Alta elasticidad y dureza. Resistencia (200 veces mayor que la del acero) El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo. Soporta la radiación ionizante. Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible. Menor efecto Joule; se calienta menos al conducir los electrones. Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.

8 APLICACIONÓN EN ELECTRÓNICA.
El grafeno tiene propiedades ideales para ser utilizado como componente en circuitos integrados. El grafeno tiene una alta movilidad de portadores, así como un bajo nivel de ruido, lo que permite que sea utilizado como canal en transistores de efecto de campo (FET). La dificultad de utilizar grafeno estriba en la producción del mismo material, en el substrato adecuado. Los investigadores están buscando métodos como la transferencia de hojas de grafeno desde el grafito (exfoliación) o el crecimiento epitaxial (como la grafitización térmica de la superficie del carburo de silicio). En diciembre de 2008, IBM anunció que habían fabricado y caracterizado transistores operando a frecuencias de 26GHz. En febrero del 2010, la misma IBM anunció que la velocidad de estos nuevos transistores alcanzaba los 100 GHz.

9 Cables de alta velocidad
Investigadores de la universidad de cambridge lograron que el grafeno fuera capaz de captar una gran cantidad de luz, lo que se puede utilizar en la creación de cables de fibra óptica muy veloces que se benefician de otra de las propiedades del material: los electrones se desplazan rápidamente en él. así, se prometen cables de grafeno que podrían mover información cientos de veces más rápido que uno actual, lo que podría implementarse en el área de las telecomunicaciones para la instalación de redes más veloces, aumentando así la capacidad y rapidez de internet, la telefonía móvil y en definitiva, todas las comunicaciones que se llevan a cabo sobre nuestro planeta. Súper-baterías Quizás uno de los descubrimientos más emocionantes es el relacionado al campo de las baterías, donde hoy en día la tecnología permite dispositivos que funcionan durante pocas horas hasta requerir de una carga eléctrica que puede durar otras varias horas, degradando la experiencia de uso en teléfonos móviles, tabletas y computadoras portátiles.

10 Pantallas táctiles flexibles
Al ser capaz de conducir electrones de muy buena forma casi sin calentarse en el proceso, investigadores de la Universidad de Texas y la Universidad de Corea del Sur descubrieron que una lámina de grafeno puede usarse en el desarrollo de pantallas táctiles, aprovechando el hecho de que una lámina de grafeno puede ser totalmente transparente, ideal para colocar por sobre un panel de pixeles sin disminuir el brillo de su retroiluminado. Además, esa delgada lámina de grafeno sensible a la conducción eléctrica y que captaría nuestros toques puede ser muy flexible, aportando a lo que podrían ser futuras pantallas táctiles flexibles, lo que bien podría acompañarse de la tecnología OLED flexible para el desarrollo de esta clase de tecnología. Audífonos y parlantes más que profesionales Qin Zhou y Alex Zettl son dos científicos de la Universidad de California que quieren revolucionar el mercado del audio gracias a sus audífonos y parlantes de grafeno. La idea es crear un diafragma hecho de grafeno que se coloque en medio de dos electrodos para crear un campo magnético, tras lo cual el grafeno vibra y produce sonido. Según los investigadores, sin mucho trabajo posterior para "afinar" los audífonos y darles un tratamiento especial, se consiguió un sonido a la par de productos actuales de alta calidad. Y como el diafragma de grafeno utiliza una lámina que es muy delgada, el tamaño y peso del producto también puede ser muy reducido, por lo que podrían crearse audífonos de alta calidad que al mismo tiempo sean muy pequeños y livianos.

11 Cámaras fotográficas mil veces más sensibles
Una cámara fotográfica actual está compuesta, básicamente, de un lente por el que pasa la luz y que luego llega a un sensor, captándola y transformándola en información digital. Lo que investigadores de la Nanyang Technological University en Singapur lograron fue crear un sensor hecho de grafeno, aumentando la sensibilidad del dispositivo unas mil veces en relación a las tecnologías actuales CMOS o CCD. Estamos hablando de una mejora escandalosamente alta para lo que son sensores utilizados en cámaras profesionales y compactas, permitiendo mejores capturas en condiciones de poca luz y en general para cualquier ocasión. Además, estos nuevos sensores de grafeno consumen diez veces menos energía y son cinco veces más económicos de producir en masa que los convencionales, por lo que más que interesante, su llegada al mercado se nos hace casi necesaria.

12 DESCUBRIMIENTO DEL GRAFENO.
El repentino aumento del interés científico por el grafeno puede dar la impresión de que se trata de un material nuevo. En realidad se conoce y se ha descrito desde hace más de medio siglo. El enlace químico y su estructura se describieron durante el decenio de 1930. P. R. (Philip Russell) Wallace calculó por primera vez (en 1949) la estructura electrónica de bandas. Al grafeno se le prestó poca atención durante décadas al pensarse que era un material inestable termodinámicamente ya que se pensaba que las fluctuaciones térmicas destruirían el orden del cristal dando lugar a que el cristal 2D se fundiese. Bajo este prisma se entiende la revolución que significó que Geim y Novoselov consiguiesen aislar el grafeno a temperatura ambiente. La palabra grafeno se adoptó oficialmente en1994, después de haber sido designada de manera indistinta –en el campo de la ciencia de superficies– « monocapa de grafito».

13 DESCUBRIMIENTO DEL GRAFENO.
Además, muchas nanoestructuras recientemente descubiertas, como los nanotubos de carbono, están relacionadas con el grafeno. Tradicionalmente, a estos nanotubos se les ha descrito como «hojas de grafeno enrolladas sobre sí mismas». De hecho las propiedades de los nanotubos de carbono se explican y entienden fácilmente a partir de las inherentes al grafeno. Se ha descrito también la preparación de nanotiras de grafeno mediante nanolitografía, haciendo uso de un microscopio de efecto túnel.1

14 APLICACIÓN EN DESALINIZACIÓN DEL AGUA.
Está en fase de investigación el uso de una lámina de grafeno con poros de 1,8 nm para sustituir las membranas en el proceso de osmosis invertida para la desalinización del agua. Según las investigaciones actuales se obtendrían eficiencias mucho mayores que con las membranas actuales, y se tendrían requerimientos menores de energía. En el estado actual, el inconveniente es el costo de las membranas de grafeno, pero se espera que en el futuro estos costos podrán ser reducidos

15 TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN DEL GRAFENO.
El problema principal que impide la explotación del grafeno es que la producción de grandes muestras es limitada. Las diferentes técnicas tradicionales de fabricación por orden ascendente de escalabilidad son: Exfoliación con cinta adhesiva: "Scotch Tape" Deposición desde la fase vapor: "CVD (Chemical Vapor Deposition)" Exfoliación con disolventes: "Liquid Phase Exfoliation" Mediante descarga de arco eléctrico y generación de plasma Oxidación-Reducción La calidad de las muestras va en sentido contrario al de la escalabilidad: a más escalabilidad del proceso menor calidad de las muestras.

16 TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN DEL GRAFENO
Recientemente, investigadores de la Universidad de Rice han conseguido sintetizar grafeno a partir del azúcar común a 800 ºC siendo el grafeno resultante de alta calidad. Otra nueva técnica procede del IPCPAS-Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias conjuntamente con el IRI-Instituto de Investigación Interdisciplinaria de Lille. La técnica de fabricación que utilizaron fue la oxidación del grafito obteniéndose un polvo llamado óxido de grafito. Posteriormente se suspende en agua y se coloca en un limpiador ultrasónico. Los ultrasonidos separan las láminas oxidadas de grafeno y permiten la obtención de escamas de grafeno de 300 nm de espesor

17 7 USOS PARA EL GRAFENO. Auriculares de alta calidad
Aunque podría parecer que los usos del grafeno no tendrían que ver, a primera vista, con su aplicación en la industria de la música, lo cierto es que estamos ante un tremendo error. Puede, y de hecho, lo hace. Por lo menos desde que hace un tiempo investigadores de la Universidad de Berkeley en California, crearan los primerosa uriculares basados en grafeno, donde la mejora en cuanto a la calidad de sonido era más que evidente. El hecho de que la membrana esté fabricada con grafeno, mejora la percepción y la experiencia de los usuarios. Una señal evidente de que el grafeno puede ser utilizado en muy diversos sectores. Tejidos humanos basados en grafeno Otro de los avances en los que podría utilizarse el grafeno es en el desarrollo de implantes artificiales. En particular, la adaptabilidad de este material, unido a su resistencia y estabilidad, permitirían que fuera utilizado en la creación de implantes para tejidos neuronales.

18 7 USOS PARA EL GRAFENO. Los resultados de este tipo de trabajo (en particular el equipo de la Universidad Técnica de Múnich realizó pruebas en células ganglionares de la retina) serían una clara muestra de que el grafeno también puede ser usado en medicina con un alto porcentaje de éxito. Procesadores de alta velocidad basados en grafeno Si la medicina y la música iban a ser grandes beneficiadas por los avances tecnológicos en el desarrollo del grafeno, ¿acaso no iba a serlo también la electrónica? La construcción de un circuito integrado que funcionaba a 1,28 GHz por parte de científicos del Politecnico di Milano y la Universidad de Illinois parece confirmar que avanzamos en esa dirección. Los circuitos integrados, que forman parte de cualquier dispositivo electrónico, podrían mejorarse con grafeno, ya que podríamos contar en los próximos años con microprocesadores más veloces, flexibles o incluso más pequeños.

19 7 USOS PARA EL GRAFENO. Procesadores de alta velocidad basados en grafeno Si la medicina y la música iban a ser grandes beneficiadas por los avances tecnológicos en el desarrollo del grafeno, ¿acaso no iba a serlo también la electrónica? La construcción de un circuito integrado que funcionaba a 1,28 GHz por parte de científicos del Politecnico di Milano y la Universidad de Illinois parece confirmar que avanzamos en esa dirección. Los circuitos integrados, que forman parte de cualquier dispositivo electrónico, podrían mejorarse con grafeno, ya que podríamos contar en los próximos años con microprocesadores más veloces, flexibles o incluso más pequeños.

20 7 USOS PARA EL GRAFENO. Mejores fotografías, gracias al grafeno
Haciendo este repaso sobre utilidades y aplicaciones asombrosas de este material, también nos encontramos con nuevos avances que pueden mejorar nuestra experiencia como fotógrafos. ¿Se imaginan un sensor fotográfico, mil veces más sensible que los tradicionales CCD y CMOS? Con el grafeno, esto ya sería posible. Debido a su alta conductividad eléctrica, el sensor de grafeno podría captar las señales eléctricas de manera más prolongada, lo que mejoraría la nitidez de las imágenes tomadas, y también el precio asociado a los sensores convencionales. ¿Podría ser usado el grafeno, por ejemplo, en las nuevas cámaras de los smartphones, para que estos pudieran hacer fotos de noche mucho más nítidas? En los próximos años resolveremos esta cuestión.

21 7 USOS PARA EL GRAFENO. El grafeno posibilitaría contar con baterías de mayor duración El gran sueño de cualquier fabricante que realice dispositivos electrónicos está en contar con baterías que duren más. Científicos de la Universidad de Northwestern en Estados Unidos han utilizado, en lugar del convencional litio, grafeno para realizar estas baterías que duran una semana y se cargan en solo 15 minutos. Un nuevo trabajo que se une a los anteriormente reseñados, y que demuestra lo mucho que puede aportar este material a las investigaciones y desarrollos tecnológicos en áreas muy diversas y casi diametralmente opuestas. Desalinización: filtrar agua de mar con grafeno nanoporoso Con los problemas asociados al cambio climático y la sequía que avanza cada vez más rápido, necesitamos fuentes de agua que pudiera ser potable. Una de las iniciativas que se considera desde hace años es la posibilidad de desalar agua de mar, con el inconveniente de que estos proyectos son muy caros y complejos.

22 7 USOS PARA EL GRAFENO. Sin embargo, el aporte de científicos del MIT, que ha permitido crear filtros en las desaladoras basados en grafeno monoporoso, un material que permite ejercer una menor presión y un aumento asociado de la velocidad de los propios procesos de desalinización. Aunque por ahora los exitosos resultados solo han sido comprobados por simulación computacional, y faltaría realizar pruebas “de campo”, lo cierto es que el grafeno presenta una larga lista de usos asombrosos, de los que sin duda nos beneficiaremos en el futuro.

23 OBJETOS DE GRAFENO.

24 OBJETOS DE GRAFENO.