Telarañas más fuertes que el acero y otras proezas del grafeno

Si algo hemos aprendido, es que todo material mejora con este compuesto

Tela de araña. /Pixabay

Las telas arañas son un prodigioso material de la naturaleza, pero si algo hemos aprendido de las noticias científicas en los últimos años, es que todo material mejora con grafeno: un nuevo estudio realizado por investigadores de Universidad de Trento (Italia), y publicado en 2D Materials, detalla cómo aumentó el ya impresionante proceso metabólico de los arácnidos mediante la adición de grafeno y nanotubos de carbono al agua que bebía una araña. El animal produjo la seda como lo haría normalmente, pero esta era cinco veces más fuerte, haciéndola comparable a las fibras de carbono puro y el Kevlar, los materiales más fuertes de la Tierra.

Hace 13 años, el mundo conoció el grafeno, un material que, dispuesto en capas de un átomo de espesor, es capaz de otorgar 200 veces la resistencia del acero, pero con un peso incluso menor que el del aluminio, características que le han valido el título del material más fuerte hasta ahora conocido por el hombre. El desarrollo de este material les valió a Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov el Nobel de Física en 2010.

Desde entonces, este material es considerado uno de los más prodigiosos del mundo y, además de dopaje para las arañas, podría servir tanto como para fabricar delgadísimos transistores de bajo consumo, como los largos y potentes cables de hipotéticos ascensores espaciales. Y aunque muy pocos de los productos que lo incluyen han logrado relevancia y ninguno ha sido comercializado aún, estas son algunas de las grandes proezas del grafeno:

Un material impreso en 3D, 10 veces más fuerte que el acero

El grafeno es el más resistente de todos los materiales conocidos. No obstante, el tipo de fortaleza que lo caracteriza en su forma bidimensional es distinta cuando el material se vuelve tridimensional. Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, EE.UU.) desarrollaron una forma de grafeno que no solo es 10 veces más resistente que el acero, sino que además posee apenas el 5% de su densidad. En un estudio publicado en Science Advances, los autores demostraron cómo el fusionar y comprimir escamas de grafeno produce el nacimiento de un nuevo material. En lugar de cambiar algo en su composición, los investigadores se percataron de que la solución recaía en cómo el material era dispuesto, de modo que le dieron un patrón geométrico inusual. El trabajo sugiere que otros materiales fuertes y ligeros podrían reforzarse tomando características geométricas similares.

MIT

Desalinizar el agua del mar

Una reciente investigación de científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido) ha creado un filtro en base a grafeno que desaliniza el agua de mar y la hace potable, para el consumo humano. La investigación explica que gracias al uso de un derivado químico llamado óxido de grafeno se pudo lograr que el filtro en cuestión sea replicable a escala industrial. Los costos para la producción del material y el dispositivo se reducen enormemente gracias al óxido de grafeno, pues este puede producirse por oxidación simple en el laboratorio, explicó el equipo investigador.

Unos auriculares con deslumbrante calidad de sonido

Una startup canadiense llamada ORA Sound se ha planteado cambiar el estado de las cosas lanzando nuevos auriculares de membranas hechas de grafeno y se planea empezar la distribución en marzo del 2018. Con esto, Ora Sound sería la primera empresa que le encuentra una aplicación comercial al grafeno, sostuvo el fundador Ari Pinkas, quien además señaló que las referidas membranas se fabrican con un 95% de este material. Los beneficios del grafeno para una membrana son varios: es rígido, ligero y bien amortiguado (combinación por demás rara en un material), lo que le permitiría sofocar vibraciones falsas. Supera, con estas propiedades, a las opciones comunes: Mylar, papel, aluminio y hasta berilio.

ORA Sound

Un material resistente, ligero, eléctricamente conductor

Científicos de Estados Unidos y China han obtenido un compuesto ligero con alta resistencia, conductividad eléctrica y baja conductividad térmica, a partir de la unión de varias capas de grafeno y de una cerámica llamada óxido de alumino. El material no solo es resistente, ultraligero y dúctil, sino que también es eléctricamente conductor y térmicamente aislante.

Según el estudio, que ha sido publicado en la revista Advanced Materials, los investigadores neutralizaron las desventajas que muestra la cerámica de óxido de aluminio, utilizando grafeno. Su idea se basó en la información de que la inclusión de grafeno mejora las propiedades mecánicas de materiales frágiles y la reducción del tamaño del grano aumenta significativamente la resistencia de la cerámica.

'Tatuajes' para monitorizar el corazón o el cerebro

Científicos de la Universidad de Texas (EE.UU.) han creado unos nuevos sensores que se aplican sobre la piel, de un modo más sencillo y seguro: igual que los tatuajes transferibles, esas pegatinas que los niños se pegan con agua en el brazo. En el sensor se coloca una capa de grafeno, adherido con un material lavable, de tal manera que este puede aplicarse a la piel.  Se puede aprender mucho sobre los procesos que ocurren en el cuerpo, midiendo los parámetros de la piel. Es posible, por ejemplo, observar la actividad del corazón o el cerebro. Para ello, normalmente, se fijan electrodos de metal en los seres humanos, pero estos pueden comprimir la piel e incomodar al paciente, o adherirse mal y reducir la superficie de contacto.

En la búsqueda de técnicas menos invasivas, han dado con el grafeno, pero como poner una capa de este material sobre la piel no es posible, los científicos utilizaron un esquema más complejo: primero, cultivaron grafeno sobre un sustrato de cobre. Luego aplicaron polímero sobre el grafeno, y se eliminó el cobre. Para que el tatuaje se adhiera fácilmente en la piel, se colocó un papel de transferencia especial.

Shideh Kabiri Ameri et al., / ACS Nano

Puede ser creado a partir de la madera

Científicos de la Universidad Rice (EE. UU.) han convertido madera en estructuras de grafeno con ayuda de un láser. Anteriormente, los científicos ya habían creado grafeno a partir de muchas sustancias que contienen carbono, pero es la primera vez que utilizan para ello madera común. Colocaron pequeños bloques de madera en una cámara cerrada con una ventana transparente para el rayo láser. Para que la madera no se oxide durante el calentamiento, se introdujo gas inerte de argón o hidrógeno en la cámara, de tal modo que la madera no se quemó y se convirtió en grafeno escarnoso. Los científicos también demostraron el posible uso del material como base para la electrónica: aplicando capas de metales y fósforo al material, lo convirtieron en electrodos, relativamente eficientes, para supercondensadores y electrólisis.

Un reloj que solo pesa 40 gramos

Por su parte, la empresa Richard Mille presentó el 16 de enero en el Salón International de la Alta Relojería en Ginebra, un cronógrafo con un peso de tan solo 40 gramos, siete de los cuales son la masa del mecanismo de reloj básico. El bajo peso fue alcanzado gracias a que el principal componente del dispositivo fue el grafeno, Graph TPT. El grafeno también le ha sido inyectado a la correa del reloj, a fin de extender los beneficios del material a todo el artículo.

Richard Mille

Beatriz de Vera
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