La mayor parte del grafeno proviene de la producción de pequeñas partículas de granito por procesos micro-mecánicos o químicos.
Por: Luis Guillermo Loría Salazar
El grafeno es un extraordinario material, y se ha vuelto de común referencia en literatura técnica y científica. Corresponde a una nano-partícula cuyo arreglo molecular tiene una capa atómica simple con una estructura de grafito que es hexagonal (lo que los químicos denominan estructura aromática y que no tiene que ver con olor) como la que se forma en el alambrado de un gallinero. Una nano-partícula se refiere a un material cuyo tamaño ronda menos de 100 nm (nanómetros) en sus tres dimensiones. Las nano-partículas más finas son aquellas que están entre los 100 nm y 2500 nm y las más gruesas, son las que están entre 2500 nm y 10 000 nm. Este material es realmente de escala “nano”, siendo 1 millón de veces más fino que un cabello humano, siendo el material más delgado del mundo con un espesor de aproximadamente 0.34 nm.
Dentro de las razones por las cuales diversas industrias tienen un alto interés en el grafeno son sus notables características como material puro, dentro de las que se encuentran su resistencia a la tensión que ronda los 18,85 millones de libras por pulgada cuadrada (psi), mucho mayor que la del acero que alcanza valores de 80 000 psi. Su rigidez, conocida como módulo de elasticidad tiene un valor de alrededor de 152 millones de psi, mientras que el acero tiene un valor de aproximadamente 32 millones, lo que la hace unas 5 veces más resistente. También debe decirse que su conductividad eléctrica es superior a la del cobre, alcanzando valores entre 3000 – 5000 W/m/K cuando la del cobre es de 401 W/m/K. El grafeno tiene la mayor movilidad de electrón entre todos los materiales: 200 000 cm2/Vs, respecto de la velocidad del electrón, puede alcanzar hasta 106 m/s. Absorbe una extraordinaria cantidad de luz por capa, alrededor de 2.3%.
La mayor parte del grafeno proviene de la producción de pequeñas partículas de granito por procesos micro-mecánicos o químicos. Estos procesos pueden producir partículas de estructura grafénica relativamente continuas con poca porosidad interna o bordes internos. Algunos investigadores han producido partículas de grafeno en largas hojas planas que son transparentes.
Hay procesos de producción de grafeno muy innovadores, como por ejemplo las que se producen a partir de biomasa que es altamente renovable y sostenible. En estos casos, el proceso tiene huella de carbón negativa porque el carbono que se usa para producir el grafeno proviene del dióxido de carbono (CO2) que la planta de biomasa remueve del aire. Por lo tanto, este proceso es muy amigable con el ambiente.
El grafeno tiene muchas aplicaciones potenciales, tales como refuerzo de cemento Portland, de mezclas de concreto, de asfalto, impresión en 3D, incremento de la conductividad eléctrica y la termo-conductividad, creación de pinturas más resistentes, baterías más durables, aumentar la resistencia de diversos materiales, reforzar polímeros y por supuesto, el desarrollo de materiales muchísimo más resistentes, pero más ligeros.
En el caso de los polímeros, hay un creciente interés por incrementar su resistencia a la deformación, mejorar sus propiedades térmicas, incrementar su adherencia y el aumento del módulo elástico. En este momento, hay evidencia suficiente para determinar que polímeros mezclados con ciertos tipos de grafeno tienen incrementos muy importantes en sus propiedades de resistencia a la deformación y tienen un aumento significativo en su rigidez.
Las aplicaciones en concreto aún están en desarrollo, pero se ha determinado que la adición de grafeno en cantidades menores a 0.5% en peso de cemento, puede aumentar la resistencia a la compresión del concreto hasta en un 20%. Esto, aún se encuentra en investigación y depende mucho del origen y del tipo de cemento que se esté utilizando. Aún falta determinar con precisión el efecto sobre otras propiedades como la resistencia a la flexión que es clave en carreteras, la durabilidad y el efecto sobre reacciones químicas detrimentes como la álkali-sílica. Adicionalmente se debe indicar que la permeabilidad del concreto, cuya superficie ha sido tratada con grafeno disminuye unas 400 veces.
En el caso del asfalto, el camino por investigar aún es muy grande e indicar resultados definitivos no es posible. Por ejemplo, hay experimentos en donde se ha demostrado que la lubricidad del asfalto mejora de tal manera, que se vuelve más adherente y flexible. En este caso, la aplicación sería extraordinaria para el uso de materiales asfálticos reciclados, cuya oxidación los ha vuelto muy rígidos, por lo tanto, la mezclarse con grafeno, se aumentará la flexibilidad y eventualmente, la resistencia al daño por humedad. Por otro lado, hay resultados que indican, por el contrario, que el grafeno rigidiza el material, y que más bien tendría ventajas para aumentar la resistencia a la deformación plástica, en casos de altas cargas de tráfico y altas temperaturas.
Cuando se diluye el grafeno, ha demostrado ser excelente para mejorar las propiedades de impermeabilizantes y pinturas. En particular, ya hay líquidos de parabrisas que contienen grafeno para mejorar la visibilidad del conductor en condiciones de lluvia intensa.
Hay muchas otras aplicaciones en las industrias del acero, tuberías, recubrimientos, resinas epóxicas, lubricantes entre otras, que están en desarrollo y que definitivamente cambiarán la forma en que se diseñan los materiales de construcción en el mundo. El futuro y la innovación en el campo del uso del grafeno y sus aplicaciones es gigante y promisoria.
Sobre el autor: Luis Guillermo Loría Salazar es Ingeniero Civil de la UCR, con master en pavimentos y materiales y PhD en Ingeniería Civil de la Universidad de Nevada, Reno. Tiene más de 180 publicaciones científicas en el campo de los materiales para pavimentos. Cuenta con amplia experiencia en proyectos viales en la región.
Fuente: https://revistaconstruir.com
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