Pues a mi honestamente, si quieres hablar de esas estructuras de bandas y celdillas unidad, encantado de la vida Anchy, que yo también soy de ciencias y estos temas tratados de forma específica me molan cantidad. En la bíblio hay revistas científicas con un tono más concreto y directo que la MUY y la QUO, más espesas, y que me piden poner más cabeza para poder leer sus artículos, pero la recompensa merece la pena porque al final, tampoco son tan complicados y lógicamente también están enfocados para gente que no esté estudiando, investigando o se haya sacado un doctorado en esa materia específica, así que toca hacerlos entendibles.

Mientras no nos salgamos de la modalidad divulgativa por mí encantado de que metas todo lo que quieras

No penséis que me olvido de vosotros. Me vais a disculpar pero siento que debo hablar de algo más que de los usos que tiene, ya que en esto de los materiales me educaron bajo las premisas de que para conocer los usos de un material tienes que conocer sus propiedades y para conocer sus propiedades tienes que conocer su estructura, así que voy a empezar hablando sobre la estructura del grafeno. Intentaré hacerlo lo más ligero posible, nada de hablar en profundidad de si redes de Bravais, espacios recíprocos o ecuaciones raras.

Iré editando y poniéndolo todo más bonico, por ahora quiero ir dejando cosillas ya que lo habíais pedido. Por otro lado, decidme si queréis que vaya escribiendo aquí o que haga un hilo dedicado a este tema.

Dicho esto, empecemos.



01 - ¿Qué es el Grafeno?

El Grafeno es un material constituido enteramente por carbono. El carbono es el cuarto elemento más abundante en masa en el Universo, la base química de todas las formas de vida conocidas y el elemento que más compuestos forma, así que podemos deducir que su importancia tiene.

En sus formas alotrópicas (variaciones en la forma de una sustancia simple) podemos encontrar el carbono en forma de diamante, grafito, nanoespumas, carbino y londsdaleíta (encontrada sólo en meteoritos). Aquí he hecho un poco de trampa y no he enumerado el grafeno y los fullerenos. Si cogemos un trozo de grafito y lo exfoliamos hasta obtener láminas de un átomo de espesor habremos obtenido láminas de grafeno, basta con usar cinta adhesiva e ir pegando y despegando sobre un trozo cada vez más pequeño de grafito. Es así como en 2004 Andre Geim y Konstantin Novoselov aislaron grafeno por primera vez en la Universidad de Manchester [1]. La historia es algo curiosa, el experimento de la cinta adhesiva y el grafito lo llevaron a cabo dentro de un programa de experimentos que podían tirar hacia el absurdo pero no por ello tenían menos ciencia detrás. Estos experimentos los hacían algunos viernes por la tarde, y aquel viernes particular revertió en un premio Nobel en 2010 y en el impulso al estudio del grafeno.


Pero dejemos las batallitas y volvamos a la estructura del grafeno. El grafeno está formado por el enlace sobre un mismo plano de átomos de carbono. Cada átomo de carbono tiene cuatro electrones en su capa de valencia, o dicho de otro modo, tiene cuatro electrones disponibles para formar enlaces con otros elementos. No nos es posible saber con exactitud dónde se encuentran los electrones de un átomo, pero por una suerte de teorías y mucha matemática detrás podemos saber las zonas dónde están cada uno de los electrones de valencia con una certeza del 99%, a lo que se llaman orbitales. En el caso del carbono hay dos tipos de orbitales: tres de tipo sp2 y uno de tipo p, todos con forma más o menos elíptica. Los orbitales sp2 comparten el mismo plano, mientras que el p es perpendicular a ellos. Para visualizarlo mejor, os dejo un esquema de cómo quedan estas regiones:



Cuando se forma el grafeno el electrón de un orbital sp2 se enlaza con un electrón sp2 de otro átomo, y se repite el proceso hasta formar toda una lámina. Los electrones en el orbital p forman enlaces que aparecen y desaparecen con otros electrones p adyacentes, por lo que se dice que quedan deslocalizados en el plano y son los principales causantes de las propiedades eléctricas del material. Visto en forma de esquema usando el átomo de la imagen anterior:



Por la geometría de los orbitales, se forma la característica lámina de hexágonos que en algún momento habremos visto todos. No obstante cuidado con estos hexágonos, no son la porción de la estructura cristalina más simple con la que puede describirse (lo que se llama celdilla unidad) el grafeno, sino que es un paralelogramo que contiene dos átomos de carbono, como se muestra aquí:



La idea con esto es que si colocamos celdillas unidad una pegada a la otra podemos reconstruir toda la estructura.


El grafeno es interesante no sólo por las propiedades que tiene sino porque puede considerarse la base de otros alótropos. Si apilamos capas sucesivas de grafeno acabaremos por obtener grafito, normalmente con cuatro capas ya se han desvirtuado tanto las propiedades que podemos empezar a hablar de grafito. Si enrollamos una lámina de grafeno formando un cilindro abierto por los extremos obtendremos un nanotubo de carbono. Si empezamos a curvar una lámina de grafeno hasta formar una bola cerrada obtenemos un buckminsterfullereno (buckybola para los amigos). Si unimos una buckybola a una pared de un nanotubo obtenemos un nanobud. Nanotubos, buckybolas y nanobuds son todos fullerenos, o en otras palabras, al cerrar una lámina de grafeno sobre sí misma se obtiene un fullereno.

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Referencias

[1] Novoselov, K. S., Geim, A. K., et al. ÔÇ£Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon FilmsÔÇØ. Science (2004); 306(5696):666 ÔÇô 669.

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Lo siguiente serán las propiedades del grafeno. Luego vendrán los usos. Si queréis que hable de como se obtiene e incluso de los defectos que puede haber en el material y como afectan a las propiedades decidlo y lo cuelo.

(23-11-2015 01:14)EarthBound escribió:@AcAnchoa

Muchas gracias por compartirlo. Había leído que, efectivamente, el premio Nobel se consiguió con un poco de celo y un poco de carbono

Por lo que explicas, entiendo que esto del grafeno es un poco como jugar a construir, ¿no? O sea, por las propiedades que tiene, entiendo que es fácil de doblar, modificar, combinar, etc. y supongo que esto es esencial para entender las aplicaciones que puede tener.

Modificar y combinar el grafeno con otras sustancias es más difícil de lo que puede parecer. Tienes que tener en cuenta que está formado por átomos de carbono, que tiene cuatro electrones de valencia. Esto es muy importante, ya que para adquirir su configuración más estable un átomo del grupo principal de elementos⁽¹⁾ intentará tener una configuración de electrones similar a la de un gas noble. En otras palabras, querrá eliminar por completo todos los electrones de su capa de valencia o captar electrones de átomos cercanos hasta tener ocho en dicha capa. Si un átomo tiene dos átomos de valencia lo más fácil es que los elimine, si tiene seis lo más cómodo es que capte dos electrones. El carbono tiene cuatro electrones de valencia, lo que lo deja en tierra de nadie; no sabe si eliminar estos cuatro electrones o si captar cuatro nuevos. Además al enlazarse con otros átomos de carbono con la forma que describí en el mensaje anterior ya está compartiendo algunos electrones, lo que limita aún más el rango de sustancias con las que puede reaccionar. Curiosamente esto fue la pregunta que nos soltaron durante la defensa de los proyectos fin de carrera .

Ojo, no es ni mucho menos imposible, simplemente le cuesta más que a otras sustancias. Muchas de las aplicaciones más importantes del grafeno no emplean grafeno puro, sino que usan una forma modificada en lo que se llama grafeno funcionalizado y óxido de grafeno, que es grafeno unido a moléculas derivadas de polímeros o moléculas con oxígeno. Por lo general esta forma de grafeno se obtiene a partir de la exfoliación de grafito modificado o se absorben las moléculas durante el proceso exfoliación a partir de sustancias que se añaden a la mezcla (si llego a hablar de la obtención de grafeno expando esto), es muy raro ver que se modifique el grafeno puro.


Sobre doblarlo ya hablo mañana, que ahora tiro para la cama, que tengo sueño. Espero que no haya quedado muy lioso lo de los electrones, sino puedo intentar explicarlo de otra forma.

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1 - El grupo está formado por los elementos helio, litio, berilio, boro, carbono, nitrógeno, oxígeno, flúor y neón.

Muchas gracias por el texto, queda todo muy claro y es la mar de interesante.
Sobre la fabricación de grafeno acabo justamente ahora de leer una noticia que puede resultar interesante en xataka: http://www.xataka.com/investigacion/inve...-economico

Anchoita, muy interesante.

(23-11-2015 12:18)yavanna07 escribió:Muchas gracias por el texto, queda todo muy claro y es la mar de interesante.
Sobre la fabricación de grafeno acabo justamente ahora de leer una noticia que puede resultar interesante en xataka: http://www.xataka.com/investigacion/inve...-economico

Gracias por el enlace. Puta rabia tener el acceso a los artículos tan complicado ahora mismo .


¿Como veríais llevar esto a un hilo a parte? Si lo terminamos haciendo, ¿cuanto es el límite de caracteres por mensaje? (por temas de "reservar" espacio).

Me has traído bellos recuerdos de cuando daba la asignatura "enlace químico y estructura de la material" -snif-, que bonita fue, los orbitales, las valencias, los electroncitos haciendo de las suyas......Pero el material chachi del carbono son los fulerenos, que tienen forma de balón de fusbol, pero el grafeno también mola.

A mí también me parece bien un hilo nuevo