Grafito frente a grafeno: ¿cuál es la diferencia?

Aunque ambos son carbono, el grafito y el grafeno no podrían ser más diferentes. Tienen una serie de características especiales que les permiten ser utilizados en diversos campos. En este artículo conocerás sus estructuras, usos y costes. Entremos en materia.

Grafito frente a grafeno

Qué es el grafito

Grafeno (un alótropo del carbono) Hoja de carbono es rejilla hexagonal. El tacto lúbrico del grafeno se debe a la capacidad de sus capas de deslizarse unas sobre otras. El grafeno se encuentra ahora en artículos de uso cotidiano, desde nuestros lápices a lubricantes e incluso pilas. Sigue siendo un conductor (aunque no tan conductor como el grafeno, debido a que está formado por capas). Barato y relativamente abundante, es un candidato ideal para muchos usos industriales.

Qué es el grafeno

El grafeno es una disposición en forma de panal de átomos de carbono en una sola capa. También tiene un átomo de grosor, lo que significa que el material puede ser muy fino y a la vez muy resistente. A menudo se le llama el "material milagroso" por su ligereza y casi transparencia, pero también porque es más fuerte que cualquier cosa que hayamos conocido, con una conductividad eléctrica respetable. Es 200 veces más fuerte que el acero y tiene un átomo de grosor. Las aplicaciones son numerosas, desde la electrónica a los dispositivos médicos, y aunque el material es relativamente abundante en la naturaleza crearlo ha sido costoso y difícil.

Estructura

Capas frente a monocapa

Grafito: Consiste en numerosas capas de láminas de carbono apiladas unas sobre otras. Como estas capas se unen débilmente entre sí, pueden deslizarse fácilmente unas sobre otras. Por eso sentimos el grafito resbaladizo en la mano y también se comporta como un lubricante.

Grafeno: una sola capa alveolar de átomos de carbono, un material de un átomo de grosor con una resistencia y flexibilidad excepcionales.

Diferencias de vinculación

El grafito: Debido a que las capas se mantienen unidas por fuerzas primitivas de Van der Waals, el grafito es fácil de partir o escindir.

Grafeno: Estos átomos de carbono están unidos muy estrechamente dentro de la capa única, lo que confiere al grafeno su formidable resistencia y flexibilidad.

Propiedades del grafito y el grafeno

Conductividad eléctrica

Grafeno: Aunque el grafeno también transfiere electricidad gracias a los electrones que se mueven libremente entre sus capas, los que no tienen láminas adicionales de grafeno no son tan conductores. La resistencia surge cuando las capas están separadas por una distancia suficientemente grande.

Grafeno: uno de los mejores conductores eléctricos conocidos Dado que los electrones lo atraviesan prácticamente sin resistencia, el grafeno es ideal para la electrónica de alta velocidad.

Resistencia mecánica

Grafito: Blando y quebradizo. El grafito se rompe con facilidad, de ahí que se utilice para minas de lápices. Es fácil que se vuelva quebradizo, ya que las capas sólo se mantienen unidas por enlaces débiles.

Grafeno: es extremadamente resistente, 20 veces más que el acero. Aunque sólo tiene un átomo de carbono de grosor, la estructura del grafeno se debe a su fuerte entramado cristalino y a que cada enlace C-C tiene una resistencia equivalente a la del doble de su longitud.

4.3 Conductividad térmica

Grafito: Conductividad térmica decente, por lo que su uso está muy extendido, por ejemplo, en refrigeración pasiva.

Grafeno: Excelente conductividad térmica. Es uno de los mejores conductores de energía térmica, por lo que es una buena opción para refrigerar componentes eléctricos.

Aplicaciones

Grafito

Lápices: Los lápices utilizan grafito como "mina" porque no se mancha ni emborrona demasiado, marca una superficie con facilidad y luego se borra cuando es necesario. El grafito está formado por láminas en una capa, por lo que pueden escribir con muy poca presión y dejar una marca en el papel.

Lubricantes: Al ser resbaladizo, se incluye en los lubricantes para evitar la fricción entre la maquinaria. Como las capas de grafito son resbaladizas, permiten que se deslicen fácilmente unas sobre otras creando una barrera sólida que reduce el desgaste de las piezas debido al movimiento.

Baterías: También se ha descubierto que el grafito es un elemento intrínseco que puede desempeñar dos funciones principales en el ánodo de una batería de iones de litio: estabilidad y almacenamiento eficiente de energía. Esta estructura en capas permite que los iones de litio entren y salgan fácilmente durante los ciclos de carga y descarga.

Siderurgia: Durante la fabricación del acero, se aplica generalmente como material refractario por soportar altos niveles de calor. Para ello, se aísla revestimientos en fundiciones y hornos de revestimiento deben mantener una temperatura constante, requisito indispensable para la fabricación de acero de alta calidad.

Grafeno

Electrónica: Dado que el grafeno es un excelente conductor de la electricidad, dos nuevos experimentos del Laboratorio de Berkeley y la Universidad de California en San Diego sugieren la posibilidad de utilizarlo en lugar del silicio en los chips informáticos, lo que permitiría crear dispositivos más rápidos que funcionarían a menor temperatura y, en el mejor de los casos, consumirían menos energía por cálculo. Su elevada movilidad electrónica lo hace idóneo para la velocidad de conmutación rápida necesaria en las futuras tecnologías informáticas.

Dispositivos médicos: La biocompatibilidad y la sensibilidad del grafeno lo hacen ideal para biosensores, sistemas de administración de fármacos, ingeniería de tejidos, etc. Su no toxicidad y compatibilidad con sistemas biológicos lo hacen atractivo para su uso en diagnósticos médicos o tratamientos terapéuticos.

Almacenamiento de energía: Los supercondensadores y las baterías avanzadas podrían utilizar grafeno en el futuro para permitir un tiempo de carga más rápido con un mayor almacenamiento de energía. Gracias a su elevada superficie y conductividad, se puede mejorar el rendimiento de los dispositivos de almacenamiento de energía, haciéndolos más duraderos.

Materiales compuestos: El grafeno puede combinarse con otros materiales, como metales y plásticos, para hacerlos más ligeros e incluso más resistentes o conductores de la electricidad. Las aplicaciones potenciales de estos compuestos reforzados con grafeno son reducir el peso, aumentar la eficiencia del combustible y mejorar el rendimiento general de la ablación.

Grafeno frente a grafeno: coste

Grafito: Bajo

Abundancia: El grafito está disponible a bajo precio en forma común y natural Se extrae en todo el mundo, es un mineral fácilmente disponible y rentable.

Costes de producción:Debido a sus bajos costes de producción y procesamiento, el grafito también es adecuado para su uso en muchas aplicaciones industriales.

Grafeno: Alto

Retos de producción: Producir grafeno es mucho más difícil que producir grafito. Aunque el h-BN monocapa ya puede prepararse mediante métodos húmedos, los métodos de fabricación existentes, como la deposición química de vapor (CVD) y las técnicas de exfoliación. siguen siendo costosos y no son fácilmente escalables para la fabricación a gran escala.

Tendencias de precios: A pesar de la tendencia a la baja de los precios del grafeno, el coste de este material es muy superior al del grafito. Actualmente se está trabajando para crear formas más rentables de producir grafeno para que el material sea comercialmente viable.

Conclusión

El grafito y el grafeno comparten algunas propiedades únicas similares entre sí, lo que los convierte en un importante grupo de materiales. Por tanto, podemos considerar el grafeno como el último paso en la evolución del carbono. El grafeno ha servido a la industria durante décadas, pero muchos creen que es lo que realmente cambiará las reglas del juego y puede alterar muchos campos en distintos sectores. Si, gracias a las investigaciones actuales, se consigue producir grafeno de forma más barata y sencilla, es posible que no esté muy lejos un mundo en el que este material de otro mundo sea el rey. Tanto si se respeta el pragmatismo del grafeno como si se deja seducir por el potencial del grafeno en la actualidad. Ambos tendrán que trabajar juntos para avanzar en la tecnología y la industria.