GRAFENO Y COLTANKELLY ESTEFANY GUALTERO ALTURO

GRAFENO

¿Qué es grafeno?

Al igual que la mina de un lápiz (grafito) o el diamante, el grafeno es una sustancia compuesta exclusivamente por carbono. Sin embargo, tanto su aspecto como sus propiedades son completamente diferentes. Entonces, ¿Cuál es la diferencia entre el grafeno y el resto de compuestos de carbono?

Estructura química del grafeno

Como ocurre con todos los materiales de la naturaleza, lo que realmente define las propiedades del grafeno es la disposición de sus electrones, es decir, la forma en la que los átomos de carbono se unen entre sí.

En el grafeno, cada átomo de carbono dispone de cuatro electrones con los que interacciona con el resto de átomos adyacentes (electrones de valencia). Tres de estos electrones se unen con sendos electrones de los tres átomos de carbono adyacentes. Éstos enlaces se forman en ángulos de 120º sobre un mismo plano en lo que se conoce como enlaces covalentes.

Se forma así una red (un cristal) en dos dimensiones de átomos fuertemente unidos. Pero… ¿qué sucede con el cuarto electrón del carbono?

El cuarto electrón de los átomos de carbono. El cuarto electrón de los átomos de carbono se encuentra libre, perpendicular

a la placa de grafeno (por encima o por debajo de ella). Como a los electrones no les gusta estar solos, en el caso del grafeno tienden

a unirse con los electrones libres de átomos adyacentes. Ésta formación se conoce como orbitales tipo π.

La formación de orbitales tipo π es un poco forzosa y se da cuando los electrones libres no encuentran nada más a lo que unirse. Es por ello que, en caso de tener otras sustancias cerca, los electrones libres preferirán unirse a ellas. Cuando hay otras láminas de grafeno cerca, sus electrones libres se unen formando grafito.

¿Te habías imaginado alguna vez que tenías el grafeno tan cerca? Cada vez que escribes utilizando un lapicero exfolias el grafito dejando láminas sobre el papel. Es realmente similar al grafeno.

¿El grafeno es un material duro?

¿Crees que el acero es duro? Pues si consiguieras tener una lámina de un átomo de grosor de acero y la comparases con el grafeno podrías comprobar que el grafeno es más de 100 veces más duro. De hecho, el grafeno es más duro que el diamante.

¿Qué color tiene el grafeno?

Si te has encontrado con alguna imagen sobre el grafeno probablemente hayas visto que tiene un color plateado metálico, ésto se debe a que tiene interacciones similares a las del grafito. Sin embargo, el grafeno es transparente.

¿Cómo es de rígido el grafeno?

Siendo un material tan duro… será tremendamente rígido, ¿verdad? Muchas personas asocian la dureza con la rigidez. Sin embargo, son

propiedades completamente diferentes. En el caso del grafeno ésto tampoco se cumple. De hecho, el grafeno es un material increíblemente elástico, más que la fibra de carbono.

¿Cuánto pesa el grafeno?

De por sí el grafeno pesa mucho menos que el resto de metales con características similares. Pero hay más, mucho más.

Con el grafeno se puede producir aerogel de grafeno, un material unas 6 veces menos pesado que el aire que se comporta como una super esponja. El aerogel de grafeno puede absorber 900 veces su peso.

¿Cómo se comporta con la temperatura? El grafeno presenta una gran conductividad térmica. Puede ser utilizado,

por ejemplo, como disipador. Ésto puede reducir el uso de elementos activos para la reducción de temperatura (ventiladores). Se evita así uno de los factores más limitantes en el desarrollo de pequeños dispositivos al tiempo que se reduce el consumo.

¿Es ésto todo? Una vez más, no. Entre las propiedades del grafeno una de las más llamativas es su

capacidad de autoenfriarse, es decir, sirve como disipador, pero él mismo no los necesita.

¿Conduce la electricidad?

Digamos que el problema real es frenarlo. El grafeno es un increíble conductor eléctrico que casi no se calienta cuando conduce. Es tan sensible a la hora de conducir, que puede generar electricidad al incidirle la luz.

Además, se pueden introducir pequeñas modificaciones en la estructura del grafeno para modificar su conductividad a voluntad.

¿Qué pasa si consigo romperlo?

Como aprendiste en el tramo anterior del viaje, las uniones de los átomos de cada lámina son increíblemente fuertes. Si consiguieses rasgar una lámina de grafeno, la fuerza eléctrica de las uniones libres atraerían otros átomos de carbono. Sí, se autorrepara.

¿Y si lo pongo en agua?

Los átomos de carbono son tan pequeños y están tan fuertemente unidos que casi nada puede atravesar una lámina de grafeno (ni el helio, que es una de las moléculas más pequeñas que conocemos). Sin embargo, con el agua el grafeno hace una excepción, lo atraviesa como si no hubiera nada.

¿Para qué sirve el grafeno?

Baterías de grafeno Cableado Pantallas y displays flexibles. Equipos de audio Sensores fotográficos Placas fotovoltaicas Generadores eléctricos Procesadores a THz Ingeniería biológica

Piezas mecánicas Filtros semipermeables Pinturas

COLTAN

¿Qué es coltan?

El coltan es un mineral, combinación de niobio y tantalio, hasta hace poco desconocido.

El coltan o coltán es una mezcla de los minerales columbita (una mena de columbio o niobio) y tantalita (una mena de Tantalio). El coltán es de color gris metálico oscuro. Sabemos, por tanto, para qué se usa. Sabemos de dónde se extrae. Pero en general, cuando se habla de este mineral, a la mayoría se le olvida decir lo que es. La palabra coltán es una abreviatura de columbita-tantalita.

Se trata de un mineral que se utiliza para fabricar componentes claves de los móviles, smartphones y dispositivos electrónicos portátiles cada vez más potentes y sofisticados.

¿Para qué se utilizan?

En el mundo hay plantas que trituran el coltan para extraer tantalio y niobio, empleados en la fabricación de condensadores y chips, requeridos por computadores, celulares, juegos electrónicos, armas, etc.

¿Puede almacenar carga eléctrica?

El tantalio es un superconductor que puede almacenar carga eléctrica y liberarla cuando se requiera. Es además bastante resistente a la corrosión.

Su aplicación Se trata de un recurso estratégico imprescindible en la fabricación de

componentes electrónicos avanzados. El tántalo se usa principalmente en la elaboración de condensadores. El condensador electrolítico de tántalo es, en la actualidad, un tipo bastante común de condensador presente en gran cantidad de dispositivos electrónicos, como en teléfonos móviles, computadoras, pantallas de plasma, cámaras digitales o equipos de alta tecnología como, por ejemplo, los satélites artificiales. Estos dispositivos son cada vez más pequeños, delgados y fiables gracias, en gran parte, al uso de los condensadores electrolíticos SMD de tántalo, que han ido sustituyendo a los condensadores electrolíticos tradicionales. Aunque la mayoría de los dispositivos electrónicos pueden funcionar con condensadores electrolíticos normales, los condensadores electrolíticos de tántalo tienen valores de capacidad eléctrica más exactos y, en especial, son mucho más pequeños.

Esto los hace ideales para las exigencias actuales de miniaturización de los dispositivos electrónicos. La gran demanda de estos condensadores ha elevado el precio del tántalo. Un condensador de tántalo cuesta más que un condensador electrolítico normal de las mismas características.Otro campo de aplicación interesante de este metal es el de las comunicaciones ópticas. El niobato de litio (LiNbO3) se usa en guías de onda, moduladores y conmutadores optoelectrónicos o láseres. Este compuesto es clave para poder elaborar redes de fibra óptica más rápidas y eficientes, y así, entre otras cosas, poder disfrutar de conexiones más rápidas a Internet.