El grafeno es una nueva forma alotrópica del carbono derivado del carbono ordinario y con un espesor de un sólo átomo de carbono, por lo que decimos que es el primer material 2D. Desde el punto de vista cristalino, y tal como se aprecia en la imagen, es un teselado atómico hexagonal plano (como un "panal de abejas") Es el componente estructural básico de todos las formas alotrópicas del carbono (a parte del diamante, que no es "grafítico") como son el propio grafito, los nanotubos de carbono y los fullerenos.
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| Red 2D de grafeno |
Desde el punto de vista del enlace químico, la hibridación sp2 es la que mejor explica los ángulos de enlace, a 120°, de la estructura hexagonal. Como cada uno de los carbonos tiene cuatro electrones de valencia en el estado hibridado, tres de esos electrones se alojarán en los híbridos sp2, formando el esqueleto de enlaces covalentes simples de la estructura y el electrón sobrante se alojará en un orbital atómico de tipo p perpendicular al plano de los híbridos. El solapamiento lateral de dichos orbitales es lo que daría lugar a la formación de orbitales de tipo π, dando lugar a un gigantesco orbital molecular deslocalizado entre todos los átomos de carbono que constituyen la red bidimensional del grafeno.Esta estructura también se puede considerar como una molécula aromática extremadamente extensa en las dos direcciones del espacio, es decir, sería el caso límite de una familia de moléculas planas de hidrocarburos aromáticos policiclicos; de aquí el nombre grafeno (grafito + eno)
En realidad, la estructura del grafito puede considerarse como una pila de un gran número de láminas de grafeno superpuestas. Los enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se debe a fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales pi de los átomos de carbono.
En el grafeno, la longitud de los enlaces carbono-carbono es de aproximadamente 0,142 nm. La celda unitaria hexagonal del grafeno contiene dos átomos de carbono y tiene un área de 0.052 nm2. Su densidad será entonces 0,77mg/nm2
Como material es completamente nuevo - no sólo el más delgado- sino también más fuerte. que el acero y mejor conductor de electricidad que el cobre. Como conductor de calor supera a todos los otros materiales conocidos. Es casi completamente transparente, pero tan denso que ni siquiera el helio, el átomo más pequeño de gas, puede pasar por ella. El carbono, elemento base de toda la vida conocida en la tierra, nos ha sorprendido una vez más.
Geim y Novoselov extrajeron el grafeno de un pedazo de grafito tal como se encuentra en los lápices normales. De una forma totalmente artesanal y con cinta adhesiva normal lograron obtener una escama de carbono con un espesor de sólo un átomo por un mecanismo de exfoliación mecánica. Muchos creían que era imposible que un material cristalino tan delgado pudiera ser estable.
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| -grafeno como hojas de seda- |
Sin embargo, con el grafeno, los físicos y químicos pueden ahora estudiar una nueva clase de materiales bidimensionales con propiedades únicas. También se vislumbran una gran variedad de aplicaciones prácticas posibles, incluyendo la creación de nuevos materiales Cuando se mezcla con plásticos, el grafeno puede convertirlos en conductores de electricidad, haciéndolos más resistentes al calor y resistenten mecánicamente. Esta resistencia puede ser utilizada en nuevos materiales súper-fuertes, que también son delgados, elásticos y ligeros. En el futuro, los
satélites, aviones y automóviles podrían fabricarse con materiales compuestos nuevos con grafeno.Por otro lado sería posible fabricar productos electrónicos innovadores como transistores de grafeno que serían mucho más rápidos que los transistores de silicio de hoy en día y como resultado podríamos tener ordenadores mucho más eficientes basados en este mágico material que sustituiría al silicio.
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| nuevos transitores de grafeno |
Dado que es prácticamente transparente y un buen conductor, el grafeno es adecuado para la producción de pantallas transparentes flexibles, paneles de luz, y células solares o teléfonos móviles "enrollables"
