Alicia en el país del grafeno

Parece una ensoñación, pero el desarrollo de los nuevos materiales bidimensionales , materiales de propiedades increíbles entre los que el grafeno es, sin duda, el más famoso y estudiado, promete un mundo de las maravillas que se extenderá a todo lo que nos rodea, incluido el interior de nuestro propio cuerpo. Los españoles Pablo Jarillo-Herrero (Valencia, 1976) y Tomás Palacios (Jaén, 1978) investigan sobre ellos en el Instituto Tecnológico de Masachusetts (MIT) y no tienen duda de que llegará un día en el que «cambiarán la sociedad». Lo han asegurado en un encuentro organizado por la Fundación Ramón Areces esta semana en Madrid.

El grafeno fue descubierto hace más de una década en un laboratorio de la Universidad de Manchester (Reino Unido) por dos soviéticos, Andréy Geim y Konstanin Novoselov, hallazgo que les valió el Nobel. Desde entonces se han esperado de él grandes cosas. Es más resistente que el acero, ultrafino, flexible y un excelente conductor. Tan delgado que se le considera un material de dos dimensiones, como los que han llegado después, entre los que se pueden citar el disulfuro de molibdeno o el fosforeno, aunque hay un centenar.

«Todos estos materiales forman una familia fascinante y se complementan entre sí porque tienen propiedades distintas. Al mismo tiempo, como tienen unas pocas capas atómicas, es muy fácil combinarlos, lo que nos ofrece una capacidad sin precedentes para diseñar nuevos componentes electrónicos o fabricar materiales que no existen en la naturaleza», explica Palacios, que lleva diez años en el MIT, donde es profesor de ingeniería electrónica. Su equipo de investigación trata de identificar nuevas aplicaciones de estos materiales dentro de la ingeniería y la industria.

Como el suyo, miles de grupos de investigación en todo el mundo están dedicados a estos estudios, desde las escuelas politécnicas de Zúrich y Lausana y las universidades de Manchester y Cambridge, en Europa, a las de Harvard, Columbia y Berkeley en EE.UU., o equipos de Seúl, Pekín, Tokio y Singapur. También en España, donde hay algunos grupos muy punteros en el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) y el Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN) en Barcelona, el Nanogune de San Sebastián y el IMDEA, el CSIC y la Universidad Autónoma en Madrid.

Estos trabajos ya han dado sus primeros frutos. Por ejemplo, con circuitos electrónicos casi invisibles que podemos tejer en la ropa, llamativas pantallas para móvil flexibles y transparentes, raquetas de tenis o bicicletas fabricadas con materiales de mayor resistencia mecánica y flexibilidad, o el altavoz de música más pequeño del mundo, hecho de una sola capa de grafeno. «También podemos hacer células solares, fotosensores y LEDs que tienen menos de 1 nanómetro de espesor, es decir, 100.000 veces más finos que un pelo», apunta Jarillo-Herrero, que precisamente ha conseguido fabricar en el MIT las células fotovoltaicas y LEDs más finos del mundo. Además, algunos de sus resultados pueden contribuir a la investigación en computación cuántica. «Ya podemos hacer dispositivos electrónicos donde los electrones se propagan de manera balística (sin chocar con anda) durante distancias miles de veces más grandes que en materiales convencionales. ¡Es como si los electrones atravesaran obstáculos como si nada!», describe.

Claro que también ha habido decepciones: en algunos métodos, que finalmente se ha comprobado deterioran el material (como los «nanoribbons», cortar el grafeno en tiras muy estrechas de unos pocos nanómetros de ancho), y en algunas aplicaciones que se esperaban casi milagrosas. El grafeno no se ha mostrado idóneo para la fabricación de las futuras computadoras, pero otros materiales bidimensionales «mucho más prometedores» han llegado al rescate.

Pero, ¿cuándo saltará todo esto del laboratorio al consumo doméstico? Los más impacientes creían que los hallazgos tendrían aplicaciones casi inmediatas, pero la ciencia tiene sus propios tiempos. «Históricamente, de media, transcurren unos 20 años desde el momento en que se descubre un nuevo material hasta que empieza a utilizarse a gran escala», explican los investigadores. Actualmente, hay algunas aplicaciones comerciales como refuerzo a las propiedades estructurales de otros materiales como polímeros, así que, como indica Palacios, «la comercialización del grafeno está siendo más rápida que la del silicio o el titanio, por ejemplo, pero para las aplicaciones más novedosas habrá que esperar». El motivo es que es complicado lograr a gran escala la calidad que se consigue en laboratorio.

Probablemente, la primera gran aplicación de estos materiales en la industria sea «como contacto eléctrico en las pantallas táctiles, flexibles y transparentes de la próxima generación de teléfonos móviles». Varias empresas asiáticas ya tienen prototipos de esos teléfonos, aunque todavía hace falta reducir el coste del material para hacerlo competitivo.

Más tarde llegarán cosas aún más asombrosas , como células artificiales que viajarán por el interior de nuestro cuerpo para curarlo de toda clase de enfermedades, la impresión de circuitos electrónicos en una impresora 3D para introducirlos en distintos objetos de la vida diaria, aviones ligerísimos con un gran alcance de vuelo o un GPS que funcione dentro de los edificios y los túneles. Y los tan esperados ordenadores cuánticos , capaces de resolver en segundos problemas que ahora cuestan años de cálculos.

Un buen número de empresas intentan convertir las posibilidades de estos materiales en una realidad comercial. Algunas de ellas en España, como Graphenea o Avanzare. Los investigadores en el MIT creen que van por buen camino y que el grafeno , en cuestión de años, estará presente en el día a día. Quizás entonces Alicia lleve un móvil parecido al papel film.

Más información: Cómo hacer grafeno con una batidora de cocina