El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (el diamante) y, desde el punto de vista económico, uno de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante).

 El carbono tiene la culpa de que exista la vida. Sólo por esto ya deberíamos asombrarnos por sus extraordinarias características. Pero esta es sólo una cara de las muchas que tiene este elemento fundamental de la tabla periódica. Dependiendo de cómo se distribuyan los átomos y formen diferentes estructuras, obtendremos resultados portentosos en cuanto a las peculiaridades que presenta el material. Si lo sometemos a enormes presiones y altas temperaturas, conseguimos diamantes. Si los átomos se unen en láminas planas, formando un panal de abejas hexagonal con un átomo en cada vértice y situamos muchos panales uno sobre otro, se tiene grafito (su uso más popular son las minas de los lápices).

Uso antiguo en la industria electrónica.

Su uso en la industria electrónica data de mucho tiempo, al fabricarse resistencias de carbón prensado que fueron también de las primeras en fabricarse en los albores de la electrónica estas están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se prensa hasta formar un tubo.

También se conocen las resistencias de película de carbón en las que se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que se deposita una película de carbón.

El uso del carbón en los inicios de la electrónica se limitaba a la fabricación de las resistencias antes mencionadas, pero en la actualidad, y después de varios estudios de las propiedades de este material se logro conseguir un material derivado del carbón que está dando un giro y revolucionando la industria electrónica.

El material que revolucionará la industria electrónica “GRAFENO”

 La industria electrónica usó y usa el “SILICIO” como el material semiconductor de mayores prestaciones para la industria, por lo que la industria tecnológica estaba limitada a las propiedades que puede ofrecer este material.

 Sin embargo el SILICIO esta a punto de ser desplazado por un material que es una forma de un material conocido desde hace mucho, este material que es un derivado del Carbono es el GRAFENO.

 El grafeno es una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panal de abeja mediante enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.

Estructura del grafeno

 La hibridación sp2 es la que mejor explica los ángulos de enlace, a 120º, 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. La solapación lateral de dichos orbitales es lo que daría lugar a la formación de orbitales de tipo π. Algunas de estas combinaciones, entre otras, darían lugar a un gigantesco orbital molecular deslocalizado entre todos los átomos de carbono que constituyen la capa de grafeno.

Disposición geométrica sp2

  ¿Qué propiedades hacen tan interesante a este material?

  • Alta conductividad térmica y eléctrica.
  • Semiconductor
  • Alta elasticidad y dureza.
  • Resistencia (el material más resistente del mundo).
  • 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.

¿Qué aplicaciones tiene este material?

El grafeno por sus extraordinarias propiedades puede ser usado en muchos campos, algunos son:

  • Blindaje. Ya que se puede decir que es el material mas resistente del mundo.
  • Avionica. Se dice que abriría una nueva era en los motores de combustión de las aeronaves.
  • Energía. para las baterías o ultracondensadores destinados a usos en el ámbito energético.
  • Etc.

Pero el campo en el que más promete este material es la “industria electrónica”.

¿Por qué el grafeno es usado en la industria electrónica?

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 ningún 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.

Las propiedades de este material permiten una mejor conducción de las cargas eléctricas, y esta es una de las razones que ha permitido a IBM alcanzar los 100 100GHz. “100GHz” equivalen a 100 mil millones de cambios entre “0” y “1” por segundo. Un microprocesador moderno puede efectuar solamente unos 3 o 4 mil millones de cambios por segundo, por lo que el transistor de IBM podría ser el componente clave que permita la creación de nuevos dispositivos ultraveloces que revolucionarían el campo de la electrónica y las comunicaciones. Los detalles de la investigación que ha realizado el equipo de Avouris serán publicados en la revista Science. “La movilidad de los portadores de carga en el grafeno lo convierten en un candidato prometedor para los dispositivos electrónicos de alta velocidad. Este material conductor es el más delgado posible, ya que solo tiene un átomo de grosor. Con el grafeno se conseguirán fabricar los transistores más pequeños y rápidos, que se hayan fabricado hasta ahora con materiales semiconductores”, dicen en IBM. Esperemos que pronto se conviertan en circuitos integrados reales, que lleven el poder de nuestros ordenadores varios pasos más adelante.

En síntesis.

Se puede decir que este material será en muy poco tiempo la base de la electrónica, ya que revolucionara esta industria, en relación a la aparicion componentes de mucha mas velocidad que componentes hechos de silicio.

Esta industria electrónica, basada en el grafeno permitirá construir equipos que al ser mas potentes que ahora, también revolucionaran el mundo de la informática.

Frank.