5 de Agosto: Los alótropos del carbón y la

Los alótropos del carbón y la tecnología del siglo XXI. Cuarta
parte. Por Claramaría Rodríguez, Oxana Kharissova, Carlos
Velasco y Víctor M. Castaño. El comportamiento mecánico de
un
material
expresa
la
relación
entre
su
respuesta
o
deformación y el efecto de una carga aplicada o fuerza. Existen
básicamente tres esfuerzos o cargas a los cuales un material
puede ser sometido: tensión, compresión y corte. Todos ellos
caracterizan de manera importante al material, sin embargo, es
el ensayo de tensión el que más información proporciona. Entre
los parámetros que suelen obtenerse a partir de un ensayo de
tracción se encuentran: módulo de elasticidad, límite elástico,
resistencia a la tracción, porcentaje de elongación, entre otros.
La investigación en el contexto de los nanotubos de carbono
revela que éstos poseen una elevada fuerza intrínseca lo que los
posiciona como el material más fuerte de la naturaleza. Al ser el
grafeno la base sobre la cual se sustenta la estructura de éste y
otros alótropos de carbono fue predicho que poseyera
elevados parámetros mecánicos e investigaciones recientes lo
han confirmado. Lee y demás colaboradores midieron las
propiedades
libremente
elásticas
suspendida
de
una
mediante
monocapa
de
nanoindentación
grafeno
en
un
microscopio de fuerzas atómicas. Los resultados obtenidos
fueron extraordinarios. El grafeno exhibe un módulo elástico o
módulo de Young de ~1TPa lo que lo revela como un material
altamente rígido, es decir, admite tensiones muy elevadas antes
de romperse y, sin embargo, simultáneamente presenta
elevada flexibilidad que se evidencia en la formación de
pliegues y dobleces en sus hojas. El grafeno posee, además, una
fuerza de ruptura de 42 N/m lo que representa la fuerza
intrínseca de una hoja de grafeno libre de defectos. Asimismo
sustenta deformaciones elásticas reversibles de hasta un 20%
valor por demás superior a cualquier otro cristal. La respuesta
de un material a la aplicación de calor es definida como
propiedad térmica. La conductividad térmica es la propiedad
que caracteriza la habilidad de un material para transferir calor
y, en este sentido, la conductividad térmica del grafeno es
mayor que la de cualquier material conocido. En 2008, Balandin,
et al. midieron la conductividad térmica de una hoja simple de
grafeno suspendida sobre un surco ancho en un sustrato de
Si/SiO2 usando una técnica óptica de no contacto. El valor de
conductividad obtenido fue de 5000 W/m K a temperatura
ambiente el cual corresponde al límite superior de los valores
más altos reportados para envoltorios de nanotubos de carbono
de pared sencilla.
Finalmente, desde la óptica química, el
grafeno puede ser considerado todo él como una superficie
extendida, expuesta por ambos lados, que presenta una
elevada área superficial específica teórica de ~2600 m2 g-1
[28].
Considerado
incluso
como
un
sistema
conjugado
extendido, el grafeno es de 100 a 1000 veces más grande que
las moléculas orgánicas típicas, por tanto, la funcionalización de
estas redes grafíticas constituye toda una inauguración en la
síntesis de nuevas moléculas híbridas. La extensión de las
laminillas permite que diversas moléculas y átomos puedan ser
unidos en ambos lados de las hojas lo que crea estructuras
únicas doblemente decoradas.
La diversidad de propiedades
excepcionales que le permiten abrir nuevas expectativas en el
campo de la ciencia aplicada. Debido a que las muestras de
grafeno presentan una elevada movilidad electrónica a
temperatura ambiente y una muy baja densidad de defectos
en su estructura cristalina el grafeno ha sido integrado en
dispositivos sensores de gases (CO2 y NO2 por citar algunos
ejemplos) en el que la conductancia del grafeno incrementa
linealmente con el aumento en la concentración de la muestra
gaseosa [30]. En esta misma línea de ideas, los cambios en el
número, incluso pequeño, de los portadores de carga,
provocados por la exposición del dispositivo a un espécimen
gaseoso, estimulan un cambio notable en la conductividad del
grafeno y por tanto una señal en el sensor. Las ventajas que
estos sensores presentan son elevada sensibilidad, tiempo de
respuesta rápido y bajo consumo de energía. Los autores de
este artículo son las Dras. Claramaría Rodríguez, Oxana
Kharissova, el Drs. Carlos Velasco y Víctor Castaño. Cualquier
comentario sobre este artículo favor de dirigirlo a Víctor M.
Castaño, al teléfono/fax (442)1926129, correo electrónico
vmcastano@ai.org.mx, victor.castano@ciateq.mx y página web
www.victorcastano.net