Qué Ha Pasado con el Grafeno?

• El grafeno es un material revolucionario con propiedades extraordinarias, pero su impacto en la vida cotidiana ha sido limitado.
• Su descubrimiento prometió una variedad de aplicaciones, desde electrónica hasta medicina, que aún no se han materializado.
• Existen desafíos significativos en la producción de grafeno de alta calidad y su integración en productos comerciales.
• A pesar de las expectativas, el grafeno está comenzando a encontrar aplicaciones útiles en sectores específicos.
• La evolución del grafeno puede ajustarse al ciclo de sobreexpectativas, donde la realidad supera lentamente las expectativas originales.
• La Ciencia evoluciona lentamente, y aunque las resonancias del grafeno son menos ruidosas hoy, su potencial sigue presente.

El material del futuro, el más fuerte del mundo. Un hallazgo milagroso que pronto cambiaría por completo nuestras vidas. Así hablaban los medios del grafeno a principios de la década pasada.

Y sin embargo, 20 años después de su descubrimiento, no vemos esa revolución. ¿Qué ha pasado con el grafeno?

¿Ha surgido algún problema imprevisto? ¿No era más que hype o hay que tener un poco más de paciencia? Vamos a verlo.

Pero antes imaginaos que sois una empresa que vende grafeno. Señora, ha venido al barrio.

El vendedor de grafeno será Cap Hostinger y su creador web con IA de hacernos una página web al instante.

Vamos a empezar con el dominio compragrafenodirecto. Más claro imposible. Hostinger te deja este dominio gratis por un año.

Y no te deja hacer solamente una página, te deja hasta 100. Además, ahora puedo usar ese compragrafeno.com como mi correo profesional.

Fantástico. Pero llega ahora mismo la prueba de fuego. Vamos a describir nuestra web soñada para que la IA la genere.

Somos una empresa que vende grafeno monocapa de alta calidad a otras empresas tecnológicas.

Vale, yo creo que lo tenemos, cargando, cargando. Esta vez le he metido un testazo. Compro grafeno monocapa avanzado de $500.

Mira, una cosa, forma de grafito. O sea, me gusta. La IA está conectando grafito con grafeno. Además, también podemos ver cómo se vería en móvil. Quería minimal y Hostinger me ha dado minimal.

Fantástico. Ahora vamos a cambiar algunas cosillas. Por ejemplo, estos textos deberían cambiarse a grafito de alta calidad.

Esta imagen de aquí la vamos a modificar. ¿Vale? Boom. Grafeno. Aquí me está pidiendo el cuerpo poner otra sección.

Incluso podríamos, en vez de poner estas imágenes aquí, las quitamos, cogemos elementos y podríamos incluso poner un vídeo. Como veis, arrastrar y soltar. Así de fácil.

Y como ya habéis visto, nos ha generado una tienda que podemos editar. Pues así de fácil es hacer una página web con Hostinger.

Como estamos de año nuevo, Hostinger nos deja un ofertón para usar su herramienta a 3,29 al mes.

Pero si usáis mi código Quantum Fracture, tenéis un 10% de descuento en vuestra compra para planes de 48 meses. Cuidado, que esta oferta es solo de inicio de año.

Lo tenéis en un link en la descripción y en el comentario fijado. Muchas gracias a Hostinger por patrocinar este vídeo.

Y dicho todo esto, vayamos a resolver ese misterio delgadito y de forma hexagonal.

Empecemos por el principio. El grafeno es un material formado por una única capa de átomos de carbono dispuestos en un patrón hexagonal.

Para que os hagáis una idea, es unas 100,000 veces más fino que un cabello humano, tanto que se considera un material bidimensional.

El grafeno ya se había empezado a estudiar tangencialmente en los años 40 del siglo pasado. Y es que en realidad está por todas partes, escondido en el grafito, el material del que están hechas las puntas de los lápices.

En 1 mm de grafito hay unas 3 millones de capas de grafeno apiladas unas sobre otras. ¿Pero cómo quedarse con una sola de esas capas? Los científicos pensaban que era imposible.

Eran demasiado delgadas para ser estables, así que cualquier intento de aislarlas acabaría con ellas deformadas o destruidas. Pero en 2004, André Geim y Konstantin Novoselov lograron lo impensable.

Obtuvieron el grafeno. Y como os contábamos en este vídeo, lo hicieron con un método de lo más artesanal, pegando una tira de celo sobre un trozo de grafito y arrancando capas y más capas hasta quedarse con una sola.

Los científicos estaban emocionadísimos. Tanto Geim como Novoselov se llevaron el Nobel tan solo seis años después. Recibir el galardón de forma tan rápida, antes siquiera de encontrar aplicaciones prácticas, es algo bastante inusual.

Normalmente los Nobel se dan a ciencia muy bien establecida décadas después de su descubrimiento. ¿Por qué tanto alboroto?

Bueno, era la primera vez que se obtenía un material bidimensional. En ese sentido, el descubrimiento del grafeno abrió la puerta a toda una serie de materiales con solo un átomo de grosor.

Podríamos decir que supuso el nacimiento de un nuevo campo científico. Y después resulta que el grafeno presentaba unas propiedades de lo más golosas.

De él se han dicho cosas como que es 200 veces más resistente que el acero y más flexible que la fibra de carbono, más duro que el diamante, mejor conductor de la electricidad y el calor que el cobre, casi totalmente transparente pero impermeable a cualquier gas y biocompatible.

Y todo eso siendo 100,000 veces más ligero que el papel. Un cuadrado de 1 m por 1 m de grafeno no pesaría ni un miligramo.

Teniendo en cuenta todo esto, quizá lo del Nobel ya no resulta tan sorprendente. Y con el Nobel, la bola de nieve del Hype se hizo imparable.

A decir verdad, la propia nota de prensa de la Academia Sueca ya invitaba a lanzar las campanas al vuelo, diciendo cosas como que el grafeno podría servir para obtener nuevos materiales super resistentes, delgados, elásticos y ligeros, con los que podrían fabricarse los satélites, aviones y coches del futuro.

¿Para qué queremos más? Si ya el comunicado del Nobel incluye este tipo de afirmaciones, imaginaos la prensa generalista.

Empezaron a aparecer titulares de todos los colores sobre cómo el grafeno iba a cambiar nuestras vidas. Iba a reemplazar al silicio y revolucionar la electrónica, nos brindaría baterías de móviles que se cargarían en segundos, internet ultra rápido, pantallas ultrafinas que podrían enrollarse como un periódico, serviría para potabilizar el agua del mar o para proteger el fuselaje de los aviones durante los rayos o el hielo, y hasta podría hacer realidad el sueño de un ascensor espacial.

Todo era poco para este material milagroso. Junto al hype llegaron las inversiones, tanto privadas como públicas.

En 2013, la Comisión Europea dedicó €1000 millones al grafeno a través de un proyecto flagship, término que distingue a sus iniciativas más ambiciosas.

En la Universidad de Manchester, donde se descubrió el material, se creó primero el Instituto Nacional de Grafeno del Reino Unido y después el Centro de Innovación en Ingeniería del Grafeno, para ayudar a que las empresas interesadas desarrollen y lancen productos.

Y en todo el mundo surgieron muchos otros proyectos, grupos y centros en torno al nuevo material. Las patentes y artículos científicos relacionados con el grafeno se dispararon, y las empresas que intentaban subirse a la cresta de la ola para sacar tajada, también.

Y en 2018 llegó la locura, otro hallazgo que subió aún más la apuesta como os explicamos en este vídeo. Resulta que si ponemos dos capas de grafeno una sobre otra, pero un poco rotadas entre sí, con un ángulo de apenas un grado, el material resultante presenta estados superconductores, conduciendo la electricidad sin pérdidas de energía.

Eso solo ocurre a temperaturas bajísimas, lo que limita mucho sus posibles aplicaciones. Pero es un fenómeno que nadie esperaba, con un gran interés teórico, y que volvió a poner el grafeno en boca de todos y a su descubridor, Pablo Jarillo Herrero, en la lista de candidatos al premio Nobel.

Esto creó una nueva línea de investigación en la tuistrónica.

¿Y toda esta vorágine en la práctica, en qué se ha traducido? ¿Qué cambios ha traído el grafeno a nuestras vidas?

Pues muy poquitos, por no decir ninguno. Rebuscando mucho podemos encontrar un puñado de productos con grafeno que se han comercializado, aunque algunos ya ni siquiera están disponibles.

Desde raquetas de tenis, cascos de moto o zapatillas para correr, hasta cañas de pescar, bicicletas, bombillas o auriculares. Aunque sin duda alguna, el producto estrella son los preservativos con grafeno, que según afirma la marca que los vende, mejoran en un 85% la transferencia de calor.

Desde Quantum Fracture no podemos ni recomendarlos ni desaconsejarlos.

Más allá de eso, el silencio. ¿Pero qué ha ocurrido? ¿Si el grafeno es un material con unas propiedades tan increíbles como los habían vendido, por qué no ha irrumpido aún en nuestro día a día?

Hay varios factores. Uno es que esas propiedades son las que exhibe el material bidimensional. Una única capa de grafeno sin ningún tipo de defecto.

Al juntar varias de esas capas o añadirlas a otros materiales, podríamos cargarnoslas.

Cogámonos de 200 veces más resistente que el acero. ¿Vale, de dónde sale esa afirmación? Básicamente, los investigadores pusieron un trocito de grafeno sobre una superficie con agujeros y presionaron hacia abajo con la punta de un microscopio de fuerzas atómicas hasta romperlo, un poco como si extendiéramos una lámina de film transparente sobre una taza y la empujáramos con un boli.

La perfectísima red de átomos de carbono resultó ser ultra resistente, como si encima del boli pusiéramos un coche y el film no se rompiera.

¿Cómo comparar esa resistencia con la del acero? Los investigadores supusieron que tenían un bloque tridimensional formado por muchísimas capas de grafeno, y simplemente multiplicaron el valor que habían obtenido para una sola capa.

Pero en el mundo real es imposible crear un bloque así, porque las capas de grafeno no serían perfectas ni estarían alineadas al milímetro, o más bien al nanómetro. O al menos no sabemos hacerlo.

El grafeno también tiene alguna característica que no es tan positiva para nuestros intereses. Piensa en la electrónica. Ya hemos dicho que hay gente que ve este material como una alternativa al silicio.

Y es que no solo es resistente, ligero y compacto, también disipa muy bien el calor y sus electrones se mueven muy rápido, como si no tuvieran masa. Todo a pedir de boca, salvo por una no podemos apagarlos.

Mira, los semiconductores como el silicio permiten o impiden el paso de la corriente en respuesta a un campo eléctrico, una característica esencial para codificar la información en ceros y unos y para el funcionamiento de los transistores en que se basan nuestros dispositivos electrónicos.

En cambio, los electrones del grafeno siempre están dispuestos a conducir la electricidad en condiciones normales. Si no modificamos el material, no es posible desactivarlos.

También podría haber otro obstáculo más humano, y es que hay muchos intereses en juego.

La industria electrónica ha invertido un auténtico pastizal en el silicio y otros materiales como el óxido de indio y estaño usado en las pantallas táctiles, demasiado como para sustituirlos así por las buenas.

Así, para que el grafeno tenga futuro en la electrónica, seguramente habrá que conseguir que conviva con esos materiales.

Incluso a lo mejor podrían mezclarse híbridos entre grafeno y silicio. Pero sin duda, el problema más importante al que se enfrenta el grafeno es que no resulta fácil producirlo a gran escala. Uno de los mejores métodos para obtener grafeno de gran calidad es el del papel de celo, o dicho de una manera más rimbombante, la exfoliación mecánica.

Así es como se sigue produciendo en muchos laboratorios, pero solo sirve para obtener trozos diminutos que hay que buscar con un microscopio. Con eso no vamos a ningún lado, industrialmente hablando.

Como ya os contamos en este vídeo, existen otros métodos. Uno es la llamada deposición química de vapor, donde el grafeno se va formando a medida que los átomos de carbono presentes en un gas se depositan sobre un sustrato. Pero esta técnica no funciona tan bien.

El grafeno que se obtiene es como un mosaico formado por cristales más pequeños, lo que afecta a sus propiedades.

Otra posibilidad es la exfoliación química, donde se usan disolventes u oxidantes para fragmentar el grafito. El problema es que muchas veces lo que se obtiene no es grafeno, sino algo parecido.

Por ejemplo, óxidos de grafeno, que incorporan átomos de oxígeno, u óxidos reducidos similares al grafeno pero con más defectos, o nanoplaquetas, formadas por un puñado de capas de grafeno.

Estos materiales también son muy útiles, pero no tienen exactamente las mismas propiedades. A pesar de ello, hay empresas que los venden simplemente con el nombre de grafeno, y eso ha podido frenar el desarrollo de aplicaciones.

En algunos casos uno compra grafeno y luego ya descubre qué es lo que le han dado en realidad. Sea por el motivo que sea, el caso es que el grafeno no ha traído aún la revolución que todo el mundo anticipaba.

Quizás se pecó de optimismo o incluso se exageraron las posibilidades del nuevo material. Aquí me vais a permitir que haga una pequeña digresión, y es que todo esto nos lleva a un debate mucho más profundo sobre cómo funciona la Ciencia hoy en día.

Muchas veces se mueve por modas. Los científicos necesitan recursos, y para eso hace falta generar ruido, vender posibles aplicaciones, ilusionar a la gente de a pie. Al final justificarse para que su investigación sirva de algo.

Pero eso puede ser pan para hoy y hambre para mañana, porque en ciencia no es posible establecer objetivos a corto plazo. Felicidades, tienes tu dinero para estudiar las propiedades piezoeléctricas del grafeno.

Gracias a eso tendré un móvil de grafeno mañana. No. Esa investigación, en el mejor de los casos, sería un granito de entre millones necesarios para conseguir esa tecnología.

Normalmente se necesita mucho tiempo y mucho dinero para conseguir aplicaciones tangibles que cambien nuestro día a día. Y si no acaban de concretarse, si ese móvil no aparece, la gente acaba perdiendo el interés y la financiación cambia a otros temas más de moda.

Al final, este sistema hace que algunos científicos se vean seducidos a vender la piel del oso antes de cazarlo y que muchas cosas interesantes o muy fundamentales se queden sin financiar.

Pero volviendo al grafeno, podría ser que se pasara de moda? Lo cierto es que la falta de aplicaciones parece haber generado una cierta desilusión. Durante un tiempo, no se ha hablado tanto del tema en los medios, e incluso el número de patentes relacionadas con el material parece estar bajando por primera vez en muchos años.

Sin embargo, parece difícil que el grafeno vaya a acabar abandonado en un rincón, al menos por el momento. Su potencial es demasiado grande y hemos apostado demasiado fuerte por él como para eso.

La situación podría ser parecida a la de otros temas muy publicitados y donde siempre parece que va a haber un avance realmente revolucionario a la vuelta de la esquina, como los ordenadores cuánticos o la obtención de energía a partir de fusión nuclear.

De tanto en tanto se anuncia un nuevo hito, un nuevo procesador capaz de batir al ordenador clásico o un nuevo récord de energía en un experimento de fusión. Avances importantes, sin duda, y que mantienen viva la esperanza de que la revolución prometida acabe por llegar.

¿Ahora, se encuentra el grafeno en un impasse similar o está cerca de responder a las expectativas y abrirse paso hasta nuestro día a día?

Dejadme que os hable del ciclo de sobreexpectación de Gardner.

Sí, en este de aquí. Tampoco es que tenga una base muy sólida y no todos los avances se ajustan a él, pero podría explicar lo que ha pasado hasta ahora con el grafeno y, más importante aún, lo que está por venir.

Según esta idea, cuando entra en escena una posible innovación tecnológica, lo primero que tenemos es un pico de expectativas sobredimensionadas, donde se genera un entusiasmo desmedido y unas expectativas poco realistas.

Cuando no se cumplen, la cosa deja de estar tan de moda y los medios se olvidan. Todo parece perdido y caemos en el abismo de la desilusión.

Pero es justo entonces cuando llega lo interesante. La cosa empieza a remontar y entramos en la rampa de consolidación. Los beneficios reales de la nueva tecnología comienzan a entenderse mejor y empiezan a aparecer más y más productos realmente útiles, a diferencia de los que solo se suben a la ola del hype, hasta alcanzar la meseta de la productividad, donde el nuevo avance se adopta de manera generalizada.

Mucha gente piensa que el grafeno podría estar justo ahí, ascendiendo esa rampa hacia la consolidación.

Y es que el goteo de nuevos productos y aplicaciones es constante, aunque no siempre seamos conscientes de ello. Por ejemplo, investigadores españoles han usado el grafeno para desarrollar implantes cerebrales más pequeños y sensibles, con los que medir la actividad cerebral y que ya están en la fase de ensayo clínico.

Algunas marcas de móviles lo han incorporado en sus dispositivos para disipar el calor de los circuitos electrónicos. El material milagroso podría estar ya en muchísimos smartphones.

Algunas navieras recubren los cascos de sus barcos con una pintura con grafeno que los protege contra la incrustación de organismos marinos y la corrosión y reduce la fricción.

Y millones de vehículos Ford llevan una espuma de poliuretano con grafeno que reduce el ruido del motor y lo protege del calor.

Estos ejemplos nos enseñan dos valiosas lecciones. En primer lugar, casi ninguno de ellos usa el grafeno puro, el de una sola capa, sino los óxidos y las nanoplaquetas de las que hablamos antes.

Hay muchísimas aplicaciones para las que no necesitamos ese grafeno ideal, más caro y difícil de producir, aunque sí parece esencial para las relacionadas con la electrónica.

Pero incluso en ese frente se están haciendo avances, y ya encontramos el grafeno monocapa en sensores magnéticos que pueden detectar averías en las baterías de las motos o bicicleta eléctricas, o biosensores capaces de detectar moléculas, y que en un futuro podrían ayudarnos, por ejemplo, a distinguir entre una infección vírica y bacteriana.

¿Y recordáis el problema de los transistores de grafeno? A principios del año pasado unos investigadores anunciaron el primer semiconductor funcional hecho de grafeno, asegurando que tiene grandes posibilidades de ser comercialmente viable en un futuro no muy lejano.

¿Hype o realidad? Habrá que mantener los ojos abiertos. La otra lección es que el grafeno no tiene valor solo como un material independiente, sino también como aditivo que mejora las propiedades de otros materiales.

Añades un poquito de grafeno a una pintura, a un plástico o a una batería, y consigues que sea más resistente, conduzca mejor la electricidad o sea más eficaz disipando el calor.

Otro ejemplo de esto podría ser el hormigón. Con una pizca de grafeno se puede reducir mucho la cantidad de cemento, material responsable de hasta el 8% de nuestras emisiones de carbono.

De hecho, el sector de los materiales compuestos es, junto con las baterías y la electrónica, uno de los más prometedores para el grafeno, según un reciente informe que predice que todos esos productos podrían constituir un mercado de más de $1000 millones en 2027.

Hoy en día, aunque pueda sorprendernos, ya sería de al menos unos 150 millones. Y en todo el mundo hay cientos de empresas dedicadas a la producción y suministro de materiales con grafeno.

Todo esto hace pensar que, efectivamente, el grafeno va a ir poco a poco introduciéndose en nuestras vidas, aunque quizá de una manera más silenciosa de lo que habíamos previsto.

Y es que, según el propio André Geim, las aplicaciones revolucionarias que nos habían prometido aún tardarán varias décadas en llegar, si es que finalmente lo hacen.

Pero eso tampoco debería sorprendernos. Muchos otros inventos, desde los plásticos a los ordenadores, también tardaron bastante en abrirse paso hasta nuestra realidad cotidiana.

La conclusión seguramente es que ni tanto ni tan calvo. El grafeno quizá no sea tan milagroso como nos habían vendido, pero tampoco es solo humo. En algunos casos, como el de los implantes cerebrales, el grafeno ya ha supuesto un salto diferencial.

Nuestras expectativas eran exageradas, pero eso no significa que vayan a quedarse en nada.

Y es que, como dice la ley de Amara, a corto plazo tendemos a sobreestimar los efectos de una tecnología y a largo plazo a subestimarlos.

Con un poco de suerte, el grafeno aún logrará sorprendernos. Y ya sabes, si quieres más ciencia, solo tienes que suscribirte.

Y como siempre, muchas gracias por vernos.