¿Cuáles son los materiales automotrices emergentes?
El grafeno es un cuerpo de forma especial (morfología) en el que los átomos de carbono de una sola capa están dispuestos en una red hexagonal. Es el elemento estructural básico de muchos otros carbonos conformados, como el grafito, el carbón vegetal, los nanotubos de carbono y los fullerenos. Puede considerarse una macromolécula aromática indeterminada, el último ejemplo de la familia de los hidrocarburos aromáticos policíclicos.
El grafeno tiene muchas propiedades inusuales. Es el material más resistente probado, conduce el calor y la electricidad de manera eficiente y es prácticamente transparente. El grafeno presenta un gran diamagnetismo no lineal, es más grande que el grafito y puede levitar con imanes de neodimio.
Los científicos llevan muchos años estudiando teóricamente el grafeno. Se ha creado inadvertidamente en pequeñas cantidades a lo largo de siglos mediante el uso de lápices y otras aplicaciones similares de grafito. Se observó por primera vez con un microscopio electrónico en 1962, pero se estudió utilizando una superficie metálica como soporte. Los materiales fueron redescubiertos, aislados y completados posteriormente en 2004 por Andre Geim y Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester. Comprender el estado actual de sus investigaciones a través de las descripciones teóricas existentes sobre su composición, estructura y propiedades. Este trabajo le valió el Premio Nobel de Física de 2010 "por experimentos pioneros con grafeno, un material bidimensional".
Grafeno
"Grafeno" es una combinación de "grafito" y el sufijo -eno, así nombrado por Hanns-Peter Boehm, quien describió una lámina de carbono de una sola capa en 1962.
El término "cafeen" apareció por primera vez en 1987 para describir el grafito como un componente de los compuestos de intercalación de grafito (GIC). Conceptualmente, GIC es una sal cristalina de intergranular y grafeno. El término también se utilizó en las primeras descripciones de nanotubos de carbono, grafeno epitaxial e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Se puede pensar en el grafeno como un hidrocarburo aromático policíclico que se alterna infinitamente (sólo seis anillos de carbono). La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada afirma: "En el pasado, para el término grafeno se utilizaban denominaciones como capas de grafito, capas de carbono o láminas de carbono..." Esto es incorrecto para el término monocapa, que engloba al grafito. Este término significa estructura tridimensional. Sólo se debe utilizar grafeno cuando se analizan reacciones, relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales.
Geim define "grafeno aislado o independiente" porque "el grafeno es un plano atómico único del grafito, lo cual es esencial: está completamente separado de su entorno y se considera independiente". Esta definición es más estricta que la de la IUPAC. definición, que se refiere a dividir, transportar y suspender grafeno. Otras formas, como el grafeno cultivado en diversos metales, como suspendido o transferido a dióxido de silicio (SiO), pueden volverse independientes.
La teoría del grafeno fue descubierta por primera vez por Wallace en 1947 como punto de partida para comprender las propiedades electrónicas del grafito tridimensional. La ecuación de Dirac sin masa fue propuesta por primera vez por Semenov, Cenzo y Mailer. Ruess y Vogt publicaron las primeras imágenes TEM de varias capas de grafito en 1948. Los primeros estudios detallados de las capas de grafito comenzaron ya en 1962, cuando Boehm informó sobre la formación de láminas individuales de grafeno a partir de láminas de óxido de grafeno.
Grafeno
Desde 1990, la gente ha estado intentando hacer películas de grafito utilizando métodos de exfoliación mecánica, pero antes de 2004, no existía ninguna película más delgada que entre 50 y 100 capas. Al principio intentamos utilizar átomos para hacer películas de grafito, utilizando una tecnología de pelado similar al método de trefilado. Se obtuvo una muestra multicapa con un espesor de 65438±00 nm.
Una de las primeras patentes sobre la producción de grafeno se presentó en junio de 2002 y se aprobó en 2006. Dos años más tarde, en 2004, Geim y Novoselov extrajeron cristales de un solo átomo de espesor a partir de grafito en masa [7] y los transfirieron a dióxido de silicio (SiO) fino.
En obleas de silicio, el grafeno está aislado eléctricamente. Esta técnica de escisión condujo directamente a la primera observación del anómalo efecto Hall cuántico del grafeno, proporcionando evidencia directa para la predicción teórica de los fermiones de Dirac sin masa predichos por el grafeno. Los resultados fueron informados por el grupo de investigación de Geim, Kim y Zhang, en un artículo de 2005 publicado en la revista Nature. Heim y Novoselov han ganado premios, en particular el Premio Nobel de Física de 2010, por su investigación pionera sobre el grafeno.
En 2013, el presupuesto total de proyectos de investigación a gran escala financiados por la Comisión Europea fue de 10 mil millones, en los que participaron 150 organizaciones asociadas.
La comercialización del grafeno avanzará rápidamente una vez que se demuestre su producción a escala comercial. En 2017, 13 años después de la primera electrónica de grafeno de laboratorio, se había producido comercialmente un chip electrónico de grafeno integrado y se había distribuido a investigadores farmacéuticos en San Diego para diagnóstico nanomédico.
Grafeno
El grafeno es un conductor transparente y flexible que proporciona protección para una variedad de aplicaciones de materiales/dispositivos, incluidas células solares, diodos emisores de luz (LED), paneles táctiles y dispositivos inteligentes. ventanas o teléfonos móviles. Por ejemplo, los módulos de panel táctil de grafeno producidos por una empresa china (2D Carbon Graphene Materials Co., Ltd.) se han vendido en lotes a fabricantes de teléfonos móviles, dispositivos portátiles y electrodomésticos.
Otros usos comerciales tempranos del grafeno incluyen rellenos como el polvo para impresoras con infusión de grafeno.
Los supercondensadores de grafeno sirven como fuente de energía alternativa a las baterías electrolíticas tradicionales. Tiene las ventajas de carga rápida, larga vida útil y producción respetuosa con el medio ambiente. A partir de 2015, los supercondensadores de grafeno producidos mediante tecnología de esqueleto se comercializaron y utilizaron por primera vez en algunas aplicaciones especiales para reemplazar las baterías tradicionales. En 2017, los supercondensadores comerciales de grafeno estarán disponibles para aplicaciones de energía industrial con una potencia de salida máxima de 1500 kW. En 2016, Adgero anunció un sistema de frenado regenerativo (KERS) para camiones grandes que utiliza supercondensadores a base de grafeno. En 2016, Henrik Fisker anunció el desarrollo de un coche eléctrico que utilizaría supercondensadores de grafeno en lugar de baterías de iones de litio.
Se está abordando el problema de la baja densidad energética en comparación con las baterías de iones de litio. Los coches eléctricos previstos tienen como objetivo una autonomía mínima de 400 millas (640 kilómetros). Más tarde se anunció que los coches eléctricos producidos por Fisker seguirían utilizando baterías de iones de litio, pero la empresa de nanotecnología seguiría investigando sobre supercondensadores de grafeno.