Periódico Alma Máter

 Representación de la estructura del grafeno. Imagen cortesía.

Aunque es cien mil veces más delgado que un cabello humano, el grafeno es más resistente que el acero estructural, más duro que el diamante, mejor conductor térmico y eléctrico que el cobre, flexible hasta un 20 %, y tan económico que se encuentra en la punta y las venas de un lápiz.

Tiene propiedades mecánicas, electrónicas, químicas, magnéticas y ópticas. Es un nanomaterial que se obtiene del grafito: un milímetro de este puede contener hasta tres millones de capas de grafeno.

El grafito proviene del carbono puro, uno de los elementos más abundantes en el planeta. El descubrimiento del grafeno, que se ha ganado el sobrenombre de «el material de Dios», hizo merecedores a Andre K. Geim y Konstantin Novoselov del premio Nobel de Física en el 2010.

Las exploraciones con el grafeno en la Universidad de Antioquia son lideradas por el profesor Juan Diego Zapata Caro, del Grupo de Investigación en Telecomunicaciones Aplicadas —Gita—. Durante su doctorado en la Universidad Presbiteriana Mackenzie, en São Paulo, Brasil, logró la obtención y caracterización del material.

«El grafeno tiene monocapa del espesor de un átomo, para obtenerlo hay un proceso llamado exfoliación micromecánica, que consiste en la remoción capa por capa del grafito hasta llegar al grafeno», indicó Zapata, profesor del Departamento de Ingeniería Electrónica y de Telecomunicaciones de la Facultad de Ingeniería.

La segunda parte de la investigación consistió en la preparación de muestras de grafeno y algunos posibles usos en el desarrollo de dispositivos en comunicaciones ópticas, que se hizo en la Universidad de Antioquia.

«Hoy el internet a gran escala funciona por la transmisión de datos por fibra óptica. Utilizan muchos láseres para esa transmisión y cada vez hay más usuarios y una mayor transmisión de información, lo que exige un ancho de banda más amplio. Eso implica tener más láseres para cumplir con la demanda, lo que eleva costos», señaló Zapata.

De acuerdo con el científico, este láser de grafeno tiene un pulso corto, en términos matemáticos representa una variedad de frecuencias: es como tener un conjunto de muchos láseres, lo que implica ahorro y la optimización del sistema de transmisión. La resolución mínima de un reloj es un segundo, explicó Zapata, «en el mundo microscópico hay fenómenos más rápidos, como los femtosegundos».

El láser de luz genera pulsos en 200 femtosegundos. En un segundo hay mil billones de femtosegundos, allí radica la mejoría en la velocidad que provee este dispositivo. «Con este láser que diseñamos en una sola fuente podemos tener entre 30 y 50 canales, cada canal es una fracción por donde puedo transmitir datos», agregó el profesor. 

La producción del láser con grafeno requiere una inversión de 15 millones de pesos, mientras que los láseres importados, sin este material, pueden costar cerca de 50 millones de pesos. 

El grafito proviene del carbono puro, de allí se obtiene el grafeno. Imagen cortesía. 

Las mil caras

La lista de bondades de este material continúa. Repele el agua y la corrosión, no reacciona al oxígeno, no se oxida y es bactericida, es decir, las bacterias no crecen en él, sin embargo, permite el crecimiento de las células biológicas.

«En medicina se usa y explora para diseñar retinas artificiales, equipos quirúrgicos, implantes dentales y tratamientos en regiones no invasivas de alta precisión», agregó Zapata. 

También sirve como filtro para desalinizar el agua, permite el diseño de celulares con pantalla flexible, mejora el concreto, potencia la resistencia mecánica de otros materiales; se usa para hacer televisores flexibles, táctiles y con respuestas rápidas y otras aplicaciones del internet de las cosas.

«Si lo sabes tratar, obtener, aplicar y usar, puedes tener múltiples aplicaciones. La Universidad es pionera en ese sentido y estamos formando estudiantes de pregrado y posgrado —contó el investigador—. Actualmente se trabaja en el diseño de nuevas fuentes de luz y de celdas solares con grafeno, celdas solares transparentes. Como es un material muy fino, las muestras son muy pequeñas, tenemos la necesidad de contar con un centro multidisciplinario para diseñar grafeno a gran escala».

Desde su creación en 2018, los científicos han optimizado el láser, lo que se traduce en mayor estabilidad, sumado a la implementación de un sistema de simulación que opera en la Universidad de Antioquia y, con él, los investigadores esperan llegar pronto a las empresas proveedoras de servicios de internet.