Grafeno. El sustituto del Silicio

[BestmanPi]

Las cosas se están poniendo muy feas para poder seguir reduciendo los circuitos que se integran en los chips de los ordenadores, videoconsolas y demás aparatos electrónicos y es que recientemente estamos asistiendo a noticias sobre consumos exagerados de energía en productos tales como consolas o tarjetas gráficas. (En este mismo foro hay algún tema al respecto)

 

La tecnología actual no tiene vida para más allá de 2011, quizás se pueda estirar hasta 2020, pero nada más. Despues, o se encuentra alguna solución, o se detendría el avance tecnológico, cosa que no sería de desear para nadie.

 

El grafeno se presenta como un sustituto viable del Silicio (componente que se utiliza actualmente en la fabricación de chips).

 

La gran ventaja del grafeno, con respecto a otros materiales que se barajaban hace años, como por ejemplo el arseniuro de galio u otros, es que, al igual que el Silicio, es muy abundante en la naturaleza y eso abarata costes de fabricación.

 

Grafeno, un material asombroso

 

Por: José Antonio Lozano Teruel

 

 

 

La aparición de los plásticos revolucionó, en su día, la industria y la tecnología y su desarrollo ha afectado a nuestra civilización. ¿Sucederá lo mismo con el grafeno y materiales asociados? El Premio y la Medalla Mott, instituidos por el Institute of Physics británico, en 1997, para conmemorar al Premio Nobel Sir Nevil Mott, son unas de las principales recompensas mundiales en el campo de la materia condensada y de los nuevos materiales. Los del presente año 2007 se han concedido a Amdre Geim, director de un equipo investigador de la Facultad de Astronomía y Física de la Universidad de Manchester, por el descubrimiento de un asombroso material bidimensional, el grafeno, cuyas láminas solo tienen el espesor de un átomo.

 

HISTORIA

 

El grafeno es un miembro de una familia más amplia de estructuras en las que los átomos de carbono se unen en láminas planas, formando un panal de abejas hexagonal (con un átomo en cada vértice). Situados muchos panales uno sobre otro, se tiene grafito. Si se enrolla una porción de una de esas láminas en forma de esfera, como un balón de futbol, se producen fullerenos, unas moléculas de tan gran interés que a sus descubridores se les concedió el Nobel de Química del año 1996, tal como comentamos oportunamente en este periódico (véase http://servicios.laverdad.es/cienciaysalud/6_3_35.html). Si el panal se enrolla formando un cilindro se tiene un nanotubo de carbono. Y, un grafeno sería un único de esos panales extendido, una estructura casi plana, bidimensional, ya que su espesor es el de sólo un átomo.

 

Fue en el año 2004 cuando el grupo de Manchester y otro ruso, el del Dr. Kostya Novoselov, del Instituto para la Tecnología de la Microelectrónica en Chernogolovka, Rusia, publicaron en la revista Science los primeros hallazgos sobre este material. En el año 2005, junto con otros investigadores holandeses e, independientemente, Philip Kim y sus colaboradores de Columbia University, exploraron algunas de las propiedades electrónicas del grafeno y lo más actual es un artículo, enviado a publicar a la revista Physical Review Letters, así como una excelente y recentísima revisión en la revista Nature Material, sobre la consecución práctica de fabricación de las membranas de grafeno de un átomo de espesor, con aplicaciones prácticas muy diversas.

 

PROPIEDADES

 

Para el profesor Eaves, experto en semiconductores de la Universidad de Nottingham el del grafeno es el más excitante descubrimiento llevado a cabo en la última década en la física del estado sólido. Y para el Dr Novoselov, colaborador del Dr. Geim, lo más importante es que las consecuencias no se limitarán a la aparición de unos pocos materiales, sino a un nuevo conjunto de miles de ellos diferentes, con amplias gamas de aplicaciones particulares. De hecho, hace cuatro años se realizaron un par de tesis doctorales sobre el grafeno. Actualmente, varios centenares están en marcha. ¿Cuáles son sus sugerentes propiedades? Bastantes. He aquí algunas:

 

Los electrones interaccionan con el panal del grafeno y se pueden mover por las celdas hexagonales, a una velocidad solo cuatrocientas veces inferior a la velocidad de la luz, muy superior usual de los electrones en un conductor ordinario, lo que es suficiente para que exhiban comportamientos relativistas. Además, los electrones mantienen esta velocidad incluso a muy bajas temperaturas comportándose como si no tuviesen masa en reposo. Por ello, para poder estudiar la física de estos electrones es necesario utilizar la ecuación de Dirac para fermiones sin masa.

 

El paso de los electrones (electricidad) por el grafeno origina un efecto Hall cuántico que es imprescindible para su comportamiento como semiconductor. Pero mientras que otros semiconductores sólo presentan este efecto a temperaturas muy bajas, el grafeno lo mantiene bien incluso a temperatura ambiente, lo que le convierte en un excelente semiconductor y su conductividad eléctrica no decae por debajo de un valor mínimo, incluso cuando no hay electrones libres en el grafeno. Este resultado es completamente contraintuitivo pues en cualquier otro material la conductividad eléctrica desaparece cuando no hay cargas.

 

El grafeno, actuando como semiconductor estable y bidimensional permite que los electrones se muevan libremente por el camino que más convenga, no ceñidos a un camino recto como en los transistores convencionales basados en las capacidades semiconductoras del silicio, que es empleado para crear pequeñísimos tubos por donde fluye la corriente eléctrica. Además, al contrario que en otros sistemas bidimensionales que tengan pequeñas impurezas, en el grafeno los electrones no se pueden quedar aislados en zonas donde no puedan salir.

 

En resumen, el grafeno es un semiconductor que puede operar a escala nanométrica y a temperatura ambiente, con propiedades que ningun otro semiconductor ofrece y todo apunta a que se podrán crear nuevos miniaturizados dispositivos electrónicos insospechados con este material, pudiéndonos acercar rápidamente a la prometedora computación cuántica, por lo que, previsiblemente toda la humanidad se verá favorablemente afectada. Aunque la realidad de sus aplicaciones no se evidenciará hasta que aparezcan los primeros productos comerciales, su importancia es ya enorme en la física fundamental porque gracias al nuevo material los fenómenos relativísticos cuánticos, algunos de ellos no observables en la física de alta energía, pueden ahora reproducirse y probarse en experimentos de laboratorio relativamente sencillos. Así ha sucedido con algunos aspectos de la teoría de la Relatividad de Einstein.

 

FABRICACIÓN

 

Cuando escribimos con un lápiz la fricción con el papel arranca haces de láminas, débilmente unidas entre sí, y las deposita en forma de escritura sobre la superficie del papel. Posiblemente, estamos produciendo también multitud de capas invisibles de grafeno. En los laboratorios, se obtuvo con sorprendente facilidad, frotando una porción microscópica de grafito sobre un chip de silicio, con lo cual quedaban depositadas alrededor de un centenar de láminas superpuestas. El silicio se puede disolver en ácido o bien se puede usar una cinta adhesiva para separar las láminas. En este último caso se pliega la cinta adhesiva para que quede pegada a las dos caras de la lasca de grafito y se abre de nuevo, con lo que se consigue la separación de láminas. Repitiendo la operación varias veces las láminas obtenidas son de menor espesor, hasta conseguir la monocapa de grafeno de un átomo de espesor. Hace unos meses los becarios de la Universidad de Columbia participantes en los proyectos sobre grafeno recibían por la labor anterior 10$ la hora. Como es lógico, ya existen varios proyectos industriales en desarrollo para la fabricación industrial de grafeno, siendo el más avanzado el del Georgia Institute of Technology usando láminas de carburo de silicio calentadas a 1300 °C, de modo que los átomos de silicio se van evaporando de la superficie mientras que los átomos de carbono que no se evaporan se van restructurando en forma de láminas de grafeno.

 

Fuente:

 

http://servicios.laverdad.es/ababol/pg070519/suscr/nec9.htm

 

Temas relacionados:

 

http://www.theinquirer.es/2008/04/21/el_tr..._nanometro.html

 

http://tenoch.scimexico.com/2008/05/16/el-...res-el-grafeno/

 

http://zonatecnologia.es/tecnologia/grafen...queno-del-mundo

 

http://www.amazings.com/ciencia/noticias/200608c.html

 

http://servicios.laverdad.es/ababol/pg070519/suscr/nec9.htm

[Vi]

interesante, y apenas habia oido hablar de él... parece que tiene todas las de ganar para ser el material del futuro.. habrá que empezar a hacer prospecciones por aqui, a ver si hay algo, ya que, tal como lo pintan, parece el futuro oro negro...

ya encontre una de tantas investigaciones sobre este material

 

Ingenieros de la Northwestern University han elaborado un nuevo material, el óxido de grafeno, que puede ser plegado, arrugado y estirado como si fuera un papel, pero que es más resistente que la mayoría de los materiales, incluido el diamante.

 

El grafeno es una molécula de carbono bidimensional, con el espesor de un átomo, con una alta conductividad y una mínima resistencia. En estos tres años, este material se ha convertido en uno de los temas fundamentales de los que se está encargando la física.

 

Aislado en 2005, el grafeno está constituido de una hoja de grafito con el espesor de un átomo que no sólo posee propiedades electrónicas únicas, sino que al mismo tiempo es muy sólido. Tal como informamos en un artículo anterior, ingenieros de la Universidad de Manchester han usado ya el grafeno para crear el transistor más pequeño del mundo.

 

Ahora ha sido un equipo de la Northwestern University el que ha descubierto que grandes cantidades de grafeno oxidado pueden utilizarse para construir una especie de hoja de papel que es más rígida y sólida que cualquier otro material del mismo espesor. Los resultados de su investigación han sido publicados en la revista Nature.

 

Dividir y unir

 

Tal como explica el director de esta investigación, Rodney Ruoff, en un comunicado de la mencionada universidad, su propósito era dividir el grafito en hojas individuales y luego unirlas de una forma original".

 

Mediante la oxidación del grafeno, su equipo ha producido el óxido de grafito, constituido básicamente por la mitad de los átomos de carbono unidos a un átomo de oxígeno. Cuando el óxido de grafito se mezcla con agua, estos átomos de oxígeno rechazan las moléculas de agua, obligando así a las diferentes capas de óxido de grafeno a dispersarse.

 

La mezcla es filtrada a continuación por una membrana, que reúne las capas produciendo una especie de hoja de papel de óxido de grafeno. Las capas de papel de óxido de grafeno se entrelazan y se pliegan, permitiendo distribuir su carga a través de la estructura.

 

Más duro que el diamante

 

Esta característica la hace más sólidas que las hojas de grafito o que el buckypaper elaborado a partir de nanotubos de carbono, lo que convierte al nuevo material en el único de su grosor tan sólido como el diamante, según su estimación.

 

La estructura entrelazada del material permita al mismo tiempo a las diferentes capas del nuevo material resbalar unas sobre otras, de tal forma que colectivamente el conjunto de estas capas es flexible.

 

Además, otra novedad del material es que la composición química de una hoja de grafeno puede ser modificada ajustando la cantidad de oxígeno en las capas, lo que otorga a estas hojas una gran versatilidad potencial: una disminución de oxígeno en las capas, por ejemplo, convierte al material de aislante eléctrico a buen conductor.

 

Por último, las hojas de óxido de grafeno pueden distribuirse en los polímeros, cerámicas o metales, con la finalidad de generar materiales compuestos cuyas propiedades superarían a las que ofrecen estas hojas de papel metálico.

 

http://ciencia.elespinar.info/?m=200707

 

yo me estoy empezando a plantear invertir en aquellos paises productores de... jajajaja

[Erogan]

Vaya, que interesante. No habia tenido tiempo de leer el reportaje hasta ahora.

 

Tambien escuche ayer en la tele que nos quedan unos 40 años de petroleo, no se que sera de nosotros después (adiós jubilación)

[BestmanPi]

Lo del petróleo, ya se comenta desde hace años. Son estimaciones. Ojalá precindamos del petróleo antes de esa fecha.

 

... ahora volviendo al tema del grafeno, la verdad es que le están encontrando bastantes utilidades... a mí me llaman más la atención las utilidades relacionadas con la informática, pero tiene muchas otras.

 

Y es que es tan duro o más que el diamante, mejor conductor que la plata y conduce muy bien el calor.

 

Aplicado a los circuitos que van impresos en las pantallas de los LCD´s, parece ser que es más transparente que otros materiales y al ser mejor conductor, también reduciría el consumo y la disipación de calor.

 

Tantas decadas teniéndolo en la punta del lápiz y lo han descubierto hace solo 4 años.

[Conde]

Ya habia leido algo del Grafeno como sustituto futuro del silicio, es impresionante el numero aplicaciones que va tener este material en la informatica.

 

Esta bueno lo que estoy leyendo ahora, la enorme investigacion que publico BestamPi.

 

 

Actualmente el problema del silicio es el problema del calor que genera por eso esta buscando otros sustitutos mejores. Ojala que esta tecnologia ya lo dispongamos algun dia.

 

Saludos.

[BestmanPi]

http://tenoch.scimexico.com/2008/05/16/el-...res-el-grafeno/

 

En este link os dejo otro artículo sobre el grafeno. Habla de que seguramente que alrededor ded 2025 salgan los primeros chips comerciales en utilizar este material. Yo pienso que eso dependerá un poco de como trascurra la carrera por ser el mejor, en la que están metidos los principales fabricantes de chips.

 

Actualmente se están fabricando chips con tecnología de 45 nm. Para el año que viene seguramente que Intel comenzará a fabricar a 32 nm.

 

El límite del silicio está en torno a los 10 nm. Yo no creo que puedan estirar la tecnología actual hasta el 2025, puesto que para 2011 quieren fabricar a 22 nm y me parece un tiempo excesivo más de una década para bajar de 22 nm a 10 nm.

 

En el artículo del link que dejé más arriba, podeis ver una ilustración con la estructura hexagonal del grafeno. Eso me recuerda mucho a las mallas poligonales de los objetos y personajes 3D. Quizás haya menos diferencias de las que nos pensamos entre el mundo real y el virtual. Los objetos de los mundos virtuales se componen de triángulos. Quizás algún día se encuentre algún material cuyos átomos estén dispuestos en la estructura del mismo modo que en el grafeno, pero formando triángulos.

[BestmanPi]

http://www.tendencias21.net/Se-confirma-qu...undo_a2459.html

 

Un experimento confirma que el grafeno es el material más resistente que se conoce. Ya se sospechaba, pero ahora lo han demostrado.