Trabajo de Tecnología

Juan Alejandre Farauste 1º Bach. A

El Grafeno

¿Qué es el grafeno?

El grafeno es una sustancia totalmente novedosa formada por átomos de carbono mediante enlaces covalentes que se forman a partir de los híbridos sp(2) dispuestos sobre un plano formado por hexágonos, ya que tienen un átomo de grosor. El nombre proviene del intercambio en el vocablo grafito de sufijos “ito” por “eno”: propio de los carbonos con doble enlace. Además, la estructura del grafito puede considerarse una pila de gran cantidad de láminas de de grafeno superpuestas.

Aquí podemos observar la relación entre las estructuras del grafito y el grafeno. La estructura de grafito esta formada por la pila de estratos de grafeno en vertical una encima de otra.

Híbridos sp(2)

En química existe un proceso denominado hibridación que consiste en la combinación de orbitales atómicos dentro de un átomo para formar nuevos orbitales híbridos. Este híbrido se define como la combinación de un orbital S y 2 P que forman 3 orbitales moleculares que se disponen sobre un plano dando lugar a ángulos de 120º que generan la estructura del grafeno.

Descubrimiento del grafeno

En 2004 en la universidad de Manchester, el físico Andre Geim buscaba una nueva línea de investigación para un estudiante de doctorado llamado Konstantin Novoselov. Entonces tuvo la gran idea. Otros estudiantes estaban estudiando el grafito y los métodos que utilizaban para pulimentar dicho material eran muy rudimentarios, simplemente un trozo de cinta adhesiva sobre la muestra. En un giro genial, Andre propuso a Konstantin estudiar los restos pegados al celo. Lo que ninguno se imaginaba es que entre las cientos de laminilla pegadas algunas serían monocapas cristalinas de grafito o sea, grafeno. Por este importante descubrimiento los dos científicos recibieron el Premio Nobel a la física en 2010.

Formas de obtención

Considerado como muchos el material del futuro, uno de los únicos problemas que presenta es su costosa y difícil fabricación. Los científicos buscan la forma de obtener grafeno en grades cantidades y de forma barata y eficaz. Existen métodos para su obtención como:

·Los científicos de la universidad de Illinois consiguen grafeno convirtiendo el CO2 directamente en capas de grafeno (de menos de 10 átomos de espesor) quemando magnesio metálico puro en hielo seco.

·Un grupo de investigadores europeos han dado un nuevo paso al respecto desarrollando un método de bajo coste para la fabricación de láminas de varias capas. Es muy simple y no requiere ningún equipo especial, ya que puede ser llevado a cabo en cualquier laboratorio.

La máquina más compleja para producir grafeno en láminas es un limpiador ultrasónico algo común en muchos laboratorios. Según explican los científicos, para separar los estratos (fuertemente unidos) oxidaron el grafeno. El polvo obtenido de este modo (óxido de grafito) se suspendió en agua y mediante los ultrasonidos del limpiador se consiguió separar las láminas oxidadas de grafeno unas de otras y obteniendo así escamas de óxido de grafeno con un espesor de 300 nanómetros.

Propiedades del grafeno

Propiedades del grafeno

· Alta flexibilidad y ligereza.

Propiedades del grafeno

· Alta flexibilidad y ligereza.· Transparente.

Propiedades del grafeno

· Alta flexibilidad y ligereza.· Transparente.· Autoenfriable.

Propiedades del grafeno

· Alta flexibilidad y ligereza.· Transparente.· Autoenfriable.· Gran conductor eléctrico y térmico. Esto se debe a que entre los

estratos de grafeno es posible encontrar nubes de electrones que rápidamente puede generar una diferencia de potencial y con ello una corriente.

Propiedades del grafeno

· Alta flexibilidad y ligereza.· Transparente.· Autoenfriable.· Gran conductor eléctrico y térmico. Esto se debe a que entre los

estratos de grafeno es posible encontrar nubes de electrones que rápidamente puede generar una diferencia de potencial y con ello una corriente.

· Elasticidad y dureza elevadas (respecto a esta última es 200 veces mayor que la del acero y casi igual que la del diamante).

· Soporte de radiación ionizante (aquella suficiente para ionizar la materia, extrayendo los electrones de sus estados ligados al átomo)

Propiedades del grafeno

· Alta flexibilidad y ligereza.· Transparente.· Autoenfriable.· Gran conductor eléctrico y térmico. Esto se debe a que entre los

estratos de grafeno es posible encontrar nubes de electrones que rápidamente puede generar una diferencia de potencial y con ello una corriente.

· Elasticidad y dureza elevadas (respecto a esta última es 200 veces mayor que la del acero y casi igual que la del diamante).

· Soporte de radiación ionizante (aquella suficiente para ionizar la materia, extrayendo los electrones de sus estados ligados al átomo)

· Menor efecto Joule (se calienta menos cuando conduce electrones)

Propiedades del grafeno

· Capaz de generar electricidad al ser alcanzado por luz.

Propiedades del grafeno

· Capaz de generar electricidad al ser alcanzado por luz.· Dopable, introduciendo impurezas para cambiar su

comportamiento.

Propiedades del grafeno

· Capaz de generar electricidad al ser alcanzado por luz.· Dopable, introduciendo impurezas para cambiar su

comportamiento.· Autorreparable: una lámina de grafeno dañada es capaz de atraer

hacia sí átomos de carbono situados en sus proximidades para reparar el hueco.

Propiedades del grafeno

· Capaz de generar electricidad al ser alcanzado por luz.· Dopable, introduciendo impurezas para cambiar su

comportamiento.· Autorreparable: una lámina de grafeno dañada es capaz de atraer

hacia sí átomos de carbono situados en sus proximidades para reparar el hueco.

· Genial componente electrónico.

Importantes aplicaciones

Procesadores con gran frecuencia

La empresa IBM a comenzado a trabajar en el desarrollo de procesadores basados en el grafeno, logrando además la creación de circuitos integrados completos, reemplazando al silicio. El grafeno consume mucha menos energía que el silicio y aporta solución a uno de los problemas a los que se enfrentaban las computadoras: la disipación de calor. Además generaría un aumento enorme en la frecuencia de estos ya que los de silicio solo pueden alcanzar los 40GHz y con grafeno se podrían llegar hasta los 1000 GHz.

Pantallas táctiles

Preservativos de grafenoHace aproximadamente un año la fundación Gates convocó un concurso para el perfeccionamiento del diseño del preservativo. Entre muchas propuesta deslumbró una por encima de las demás. ¡El preservativo de grafeno!El grafeno proporciona un material fino y resistente además de muy buen conductor que adquiriría antes la temperatura de su usuario y sería un arma poderosa contra el VIH.

Pintura para casas que absorbe energía

Recientemente se ha creado un material basado en el grafeno capaz de absorber la energía emitida por el sol para transformarla en energía utilizable dentro de nuestro hogar. Y solo se requiere una fina capa que puede ser utilizada como pintura en la fachada de una casa. El dispositivo fotovoltaico es es tan o más eficiente que la tecnología actual y puede solucionar el tema energético en zonas con dificultad.

Baterías con grafeno en 2014

La empresa CalBattery anuncia que pondrá baterías con grafeno a la ventea en 2014. Según unos estudios se auguraban una capacidad y velocidad de carga y descarga 10 veces superior a las baterías de iones de litio y silicio. Esta batería tiene una densidad de 525 Wh/kg, que es 3,5 veces mayor que las actuales. Estas baterías supondrían un gran avance en el desplazamiento a partir de motores eléctricos. Para hacernos una idea un coche con una autonomía de 199km pasaría a tener 650 de autonomía.

Vídeo sobre Grafeno

El Germanio

¿Qué es el germanio?

Es un metaloide sólido, duro, cristalino, de color blanco grisáceo que conserva el brillo a temperaturas ordinarias.Presenta la misma estructura cristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis. El germanio forma un gran número de compuestos organometálicos y es un importante material semiconductor utilizado en transistores y fotodetectores. Tiene una pequeña banda prohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores de baja intensidad. Es divalente o tetravalente. Los primeros se oxidan y se reducen con facilidad. En cambio los tetravalente son más estables.

Descubrimiento del germanio

Sus propiedades fueron predichas en 1871 por Mendeleyev en función de su posición en la tabla periódica. El alemán Clemens Winkler demostró en 1886 la existencia de este elemento, descubrimiento que sirvió para confirmar la validez de la tabla periódica, habida cuenta con las similitudes entre las propiedades predichas y observadas.

Estructura del germanio

Estructura del germanio

Propiedades del germanio

Propiedades del germanio· Apariencia metálica

Propiedades del germanio· Apariencia metálica· Se comporta como un metal quebradizo ya que a temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico.

Propiedades del germanio· Apariencia metálica· Se comporta como un metal quebradizo ya que a temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico.· Tiene una toxicidad menor por ejemplo en mamíferos que los compuestos como el estaño o plomo.

Propiedades del germanio· Apariencia metálica· Se comporta como un metal quebradizo ya que a temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico.· Tiene una toxicidad menor por ejemplo en mamíferos que los compuestos como el estaño o plomo.· Estructura cúbica centrada en las caras.

Propiedades del germanio· Apariencia metálica· Se comporta como un metal quebradizo ya que a temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico.· Tiene una toxicidad menor por ejemplo en mamíferos que los compuestos como el estaño o plomo.· Estructura cúbica centrada en las caras.· Se utiliza como material semiconductor, generalmente junto al silicio.

Propiedades del germanio· Apariencia metálica· Se comporta como un metal quebradizo ya que a temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico.· Tiene una toxicidad menor por ejemplo en mamíferos que los compuestos como el estaño o plomo.· Estructura cúbica centrada en las caras.· Se utiliza como material semiconductor, generalmente junto al silicio.· Puede dar lugar a compuestos organogermánicos, como el isobutilgermano [(Me2CHCH2)GeH3] o el germilo.

Propiedades del germanio· Apariencia metálica· Se comporta como un metal quebradizo ya que a temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico.· Tiene una toxicidad menor por ejemplo en mamíferos que los compuestos como el estaño o plomo.· Estructura cúbica centrada en las caras.· Se utiliza como material semiconductor, generalmente junto al silicio.· Puede dar lugar a compuestos organogermánicos, como el isobutilgermano [(Me2CHCH2)GeH3] o el germilo.· Además, cuenta con puntos de fusión y ebullición bastante altos (P.e.=3093K, P.f.=1211,4K).

Zonas y formas de extracción

El germanio se encuentra muy distribuido en la corteza terrestre con una abundancia de 6,7 partes por millón (ppm). Se halla como sulfuro o está asociado a los sulfuros minerales de otros elementos como el Cu, El Zn, o el Pb.Éste se extrae de minerales como la germanita (69% de Ge), ranierita (7-8% de Ge) y la argirodita.

Aplicaciones del germanio

· El germanio es usado principalmente como componente semiconductor junto al silicio en los circuitos integrados de alta velocidad para mejorar su rendimiento.

· El germanio es usado principalmente como componente semiconductor junto al silicio en los circuitos integrados de alta velocidad para mejorar su rendimiento.

· El germanio se combina con el Oxígeno para el uso de las lentes de las cámaras de microscopía.

· El germanio es usado principalmente como componente semiconductor junto al silicio en los circuitos integrados de alta velocidad para mejorar su rendimiento.

· El germanio se combina con el Oxígeno para el uso de las lentes de las cámaras de microscopía.

· Se usan también en la creación de LEDs o en paneles solares ya que estos contienen germanio en sus células solares.

· El germanio es usado principalmente como componente semiconductor junto al silicio en los circuitos integrados de alta velocidad para mejorar su rendimiento.

· El germanio se combina con el Oxígeno para el uso de las lentes de las cámaras de microscopía.

· Se usan también en la creación de LEDs o en paneles solares ya que estos contienen germanio en sus células solares.

· Hay algunos indicios de que puede ayudar al sistema inmunológico de pacientes con cáncer, pero esto todavía no está probado. Actualmente se le considera un peligro potencial para la salud.

El germanio en el medio ambiente y la salud

Como metal pesado se considera que puede tener algún efecto negativo en los sistemas acuáticos como mares, lagos o embalses. Y respecto a la salud es tóxico para el cuerpo humano, ya que provoca diarreas que originan una terrible deshidratación o incluso caída de la tensión arterial e hipotermia.

Vídeo sobre el germanio

Bibliografía:

· www.wikipedia.org

· www.abc.es

· www.muyinteresante.es

· www.youtube.com

· grafeno.com