Aunque ya es posible imprimir circuitos con tintas e impresoras especiales, esto produce dispositivos que son grandes (y por lo mismo lentos, ya que los electrones deben viajar una mayor distancia). También suelen ser difíciles de manipular, porque las nanopartículas metálicas que se utilizan en la tinta no son estables en los solventes de la misma, y tienden a oxidarse.

Reemplazando esas nanopartículas metálicas con grafeno, los científicos, encabezados por Andrea Ferrari, esperan crear circuitos imprimibles que sean más pequeños y mejores.

El equipo de científicos encontró una manera de separar piezas microscópicas de grafeno de un bloque de material – algo como “hojuelas” pequeñísimas – y filtrarlas para eliminar las piezas que sean demasiado grandes, como para causar que la impresora se atasque. Luego añadieron las hojuelas a un solvente llamado N-Metilpirrolidona (NMP) para crear la tinta, minimizando manchas que pudieran quedar una vez que el solvente se evapora.

Finalmente, usaron la tinta en una impresora y crearon un par de circuitos y un transistor de película fina (TFT).

La tinta basada en grafeno ha tenido desempeños iguales o mejores que la mayoría de las tintas disponibles para esta función hoy, de modo que es un gran logro para tratarse de un primer intento. Quizás en el futuro veremos circuitos impresos ultra-delgados y casi transparentes hechos de grafeno. Como con la mayoría de las cosas que se están haciendo con este material, queda esperar para ver los resultados.

Links:
- Graphene ink created for ink-jet printing of electronic components (Physorg)
- Ink-Jet printed graphene electronics (ArXiv)

Ahora un grupo de investigadores de la Universidad Northwestern -Estados Unidos- publicaron un estudio en donde detallan la forma como lograron crear un nuevo tipo de baterías, cuya principal característica es su capacidad de carga que supera en 10 veces a las actuales baterías y que, al mismo tiempo, se cargan hasta 10 veces más rápido.

Las actuales baterías de Li-Ion que todos conocemos almacenan su carga en uno de los extremos, para lo cual cuentan con múltiples capas de grafeno de un grosor atómico en donde se van acumulando los iones de litio. Esta solución presenta el inconveniente de limitar la cantidad de iones que pueden ser almacenados entre capas (uno por cada seis átomos de carbono en cada lámina).

Es en este último punto donde los investigadores han logrado un importante avance para incrementar la capacidad de las actuales baterías, ya que consiguieron incluir silicio entre las láminas de grafeno para así aumentar la cantidad de iones de litio que se pueden acumular y consiguiendo, de esta manera, aumentar su densidad a 4 iones por cada átomo de silicio.

Si bien el uso del silicio en otras investigaciones similares provocó que la capacidad de carga de las baterías se viera reducida muy rápidamente (entre carga y carga), la solución planteada por los investigadores no sufre del mismo efecto al no reemplazar completamente el grafeno por silicio, sino que solamente es utilizado en pequeñas cantidades.

Por ser una tecnología que aún se encuentra en etapa de investigación pasarán varios años para que sea aplicada en algún proceso productivo, aunque los investigadores confían en que dicho plazo no será superior a los cinco años.

Links:
- Scientists boost battery strength with small holes (BBC)
- Breakthrough could bring tenfold increase in battery life (TechSpot)

Hasta ahora las aplicaciones del grafeno en el campo de la energía estaban limitadas porque el material absorbe muy poca luz, en torno a un 3%, mientras el resto pasaba sin contribuir a la generación de energía. Sin embargo, los investigadores encontraron una manera de aumentar esta capacidad en 20 veces al combinar el grafeno con nanoestructuras metálicas. Así, se puede aumentar también la cantidad de luz que los dispositivos de comunicaciones ópticas pueden manejar.

“Tales equipos de grafeno pueden ser increíblemente rápidos, decenas y potencialmente cientos de veces más rápido que las tasas de comunicación de los actuales cables de internet más rápidos. Esto es debido a la naturaleza única de los electrones en el grafeno, su alta movilidad y velocidad”, señala el estudio, publicado en la revista Nature Communications.

“La tecnología de la producción de grafeno madura día a día, lo que tiene un impacto inmediato tanto en el tipo de propiedades físicas emocionantes que encontramos en este material, como en el rango y posibilidad de aplicaciones que tiene… muchas de ellas llevarán a las empresas electrónicas a considerar el grafeno para sus dispositivos de próxima generación. Este trabajo por cierto aumenta las posibilidades del grafeno todavía más”, señaló Novoselov en un comunicado.

Link: Graphene ‘could help boost broadband internet speeds’ (BBC)

Los científicos investigaron cómo el flujo de agua sobre superficies cubiertas con grafeno podrían generar pequeñas cantidades de energía. Hasta ahora, pudieron conseguir 85 nanowatts de una hoja de grafeno de 0,03 milímetros por 0,015 milímetros.

El grupo está trabajando en un tipo de sensores para detectar la presencia de petróleo y gas natural, que serían bombeados en la tierra usando agua. Mientras el agua fluya sobre el grafeno, que cubriría estos sensores, los equipos podrían conseguir automáticamente energía.

“Es imposible energizar estos microsensores con baterías convencionales, ya que son demasiado pequeños. Así que creamos una cobertura de grafeno que nos permite capturar energía del movimiento del agua sobre los sensores”, señaló el profesor Nikhil Koratkar, a cargo del estudio.

“Aunque se ha observado un efecto similar en nanotubos de carbono, este es el primer estudio que se hace con grafeno. La capacidad de recolectar energía del grafeno es al menos un orden de magnitud superior a los nanotubos. Más aún, la ventaja de las hojas flexibles de grafeno es que se pueden poner sobre casi cualquier geometría o forma”, agregó.

Esto abre la puerta a entregar energía de esta manera a otros artefactos, además de los sensores de petróleo en los que estos investigadores están trabajando específicamente. Koratkar cree que, además de crear micro-robots o microsubmarinos cubiertos en grafeno, también se podría por ejemplo cubrir la parte de abajo de un barco para aprovechar la energía.

Link: New graphene discovery boosts oil exploration efforts, could enable self-powered microsensors (Physorg)

La compañía publicó un paper en la revista Science anunciando haber construido un circuito integrado usando grafeno. Este material es un sólido de dos dimensiones compuesto por una sola capa de átomos de carbono, y sus descubridores, Andre Geim y Konstantin Novoselov ganaron el Nobel de Física el año pasado por su trabajo aislándolo en 2004.

El interés en el grafeno ha ido en aumento desde entonces, no sólo por el pequeño tamaño que tiene el material, sino también por su capacidad de transportar información de manera muy rápida. El ordenamiento de los átomos de carbono en el grafeno causa que el material tenga una alta movilidad de electrones, lo que podría redundar en una mayor velocidad de las comunicaciones si es que se utiliza para eso.

El circuito desarrollado por IBM es integrado, lo que significa que todos los componentes del mismo están concentrados en un solo lugar, tal como ocurre en los chips de computador. Los circuitos anteriores hechos con grafeno eran grandes (en el universo de circuitos, lo que significa quizás 1 cm), porque los elementos estaban separados y conectados entre sí por medio de cables. Las conexiones degradaban la señal que corría por el circuito, haciéndolo menos efectivo, además de aumentar el tamaño.

El circuito construido por IBM mide menos de un milímetro cuadrado. Fue diseñado para funcionar como un mezclador de frecuencias, es decir, que recibe señales de frecuencia de radio, las mezcla y emite una señal diferente a la salida. Esta conversión se utiliza mucho en las redes de comunicación actuales, para transformar las señales de frecuencia en sonido o información. Los mezcladores de este tipo se usan en radios y teléfonos, y se utilizan todavía en televisión analógica.

El circuito de IBM opera a 10 Ghz, una capacidad mayor a la que tienen la mayoría de los teléfonos actualmente. El sistema también funciona en altas temperaturas, lo que es útil en sistemas computacionales donde el calor puede limitar el desempeño del equipo.

Aunque los circuitos integrados de grafeno son un gran paso adelante en el uso de este material, todavía le queda mucho camino por recorrer antes de que se pueda usar en sistemas de computadora. Su principal obstáculo es que no se puede apagar completamente. El apagado es una parte importante de la transmisión de información de forma digital, porque los datos son enviados según patrones de encendido/apagado. Sin esta habilidad, el tamaño y la alta movilidad de electrones del grafeno se vuelven inútiles. Pero quién sabe, todavía quedan etapas que recorrer  y quizás en algún tiempo se le encuentre una solución a este problema.

Link: IBM builds the first graphene integrated circuit (Popular Mechanics)

El material, sin embargo, podría ser reemplazado ya por el “siliceno”, creado por un grupo de físicos que han logrado desarrollar una lámina de silicio de espesor atómico y que tendría las mismas propiedades de las láminas de grafeno creadas a partir de carbono.

El desarrollo de esta nueva tecnología se remonta al año 2007, en momentos en que un grupo de investigadores plantearon la idea de utilizar silicio para formar láminas similares al grafeno, con la salvedad de que el silicio no posee de forma natural el tipo de enlaces necesarios para emular al grafeno.

La ventaja de usar silicio en lugar de carbono es que el primer material sería más compatible con los equipos electrónicos actuales, basados en silicio.

Según cuenta Antoine Fleurence, investigador del Japan Advanced Institute of Science and Technology en Ishikawa, consiguieron hacer crecer una lámina con átomos de silicio sobre una superficie cerámica. Luego de observar dicha lámina por medio de rayos X se percataron que tenía una estructura de “panal de miel” con hexágonos, algo similar a lo que ya habían visto en la estructura del grafeno.

Mientras tanto otro investigador estaba atento al trabajo liderado por Fleurence, se trataba del francés Guy Le Lay (Universidad de Provence en Marsella); quien ya el año pasado había logrado crear las primeras estructuras de siliceno, aunque aún no lograba obtenerla en forma de lámina sino que de finos listones.

Según los datos presentados por Le Lay durante el último congreso de la American Physical Society, el silicio como el grafeno no sólo poseen estructuras similares sino que también comparten algunas propiedades electrónicas. Para comprobarlo utilizaron técnicas espectroscópicas que demostraron cómo el siliceno contiene una estructura de bandas electrónicas similares a las que permiten a los electrones moverse velozmente por el grafeno.

Si bien el estudio de este nuevo tipo de material recién está comenzando, los resultados de los últimos estudios demostrarían que a futuro el siliceno se convertirá en una alternativa real al grafeno. Claro que los investigadores señalan que aún falta mucho tiempo como para saber cuál de los dos terminará por imponerse.

Links:
- Meet Silicene, the Semiconductor of The Future (GadgetCrave)
- Silicene – a new atom-thin honeycomb material made from Silicon atoms (Grafhene-Info)
- Silicene: It could be the new graphene (ScienceNews)

El grafeno es una capa de átomos de carbono unidos densamente en una red hexagonal, que es muy, muy plano (apenas 1 átomo de grosor).

El material tiene una alta conductividad térmica y eléctrica, es muy elástico y ligero, además de extremadamente duro, considerado el material más resistente del mundo.

La investigación del grafeno comenzó con la simple extracción de grafito de un lápiz usando un pedazo de scotch. El descubrimiento podría llevar a la creación de microchips y transistores ultrarrápidos, pantallas táctiles transparentes, paneles solares, construcción de satélites resistentes, además de muchos otros avances.

Según la fundación Nobel, el material podría incluso reemplazar al silicio en el futuro - de hecho IBM ya está desarrollando chips con grafeno. “El carbono, la base de toda la vida conocida en la Tierra, nos ha sorprendido de nuevo”, indicó la entidad a cargo del premio.

Geim (51) y Novoselov (36) tienen un historial de investigaciones curiosas, que la fundación Nobel también reconoció al momento de entregar el premio alabando que fueran “juguetones” en sus investigaciones.

Entre los trabajos de Geim destacan el descubrimiento de que aparentemente sustancias que no son magnéticas pueden ser levitadas en un campo magnético. Geim probó esto haciendo flotar un sapo en el aire en 1997. También hizo flotar a su mascota (un hámster) y puso su nombre en los créditos del trabajo como co-autor (bajo el nombre de H. A. M. S. ter Tisha).

El sapo volador hizo que Geim ganara un premio IgNobel en el 2000. Con el Nobel real que recibió ahora, Geim es la primera persona que ha recibido ambos premios.

Geim y Novoselov también trabajaron en conjunto creando una cinta adhesiva que imita las propiedades de los pies de las lagartijas, recreando los pelos microscópicos que tienen en sus patas.

Link: The Nobel Prize in Physics 2010 (Nobel Prize)

(c) Nature Nanotechnology

El uso del grafeno en el mundo de la electrónica no sólo se limita a la fabricación de los procesadores de próxima generación, sino que también podría ser utilizado en un futuro cercano en la fabricación de pantallas táctiles con una vida útil casi ilimitada, a un bajo costo y bastante flexibles.

Lo anterior es el resultado de sendas investigaciones realizadas en paralelo en la Universidad de Texas (Estados Unidos) y en la Universidad de Corea del Sur, en las que han logrado fabricar láminas rectangulares de grafeno con la capacidad de conducir electrones y de ser totalmente transparentes.

En el caso de las investigaciones realizadas en Estados Unidos se logró fabricar una lámina cuya diagonal mide 76 centímetros y que, gracias a las propiedades conductivas del grafeno, puede ser utilizada como pantalla táctil.

Por su parte los investigadores de Corea del Sur han logrado fabricar láminas de mayor dimensión que sus pares de Texas, con la finalidad de que sean utilizadas como reemplazo de las actuales pantallas. El objetivo principal de estos investigadores busca encontrar un material menos contaminante que los que, en la actualidad, se utilizan en la fabricación de las pantallas.

Claro que para demostrar que el grafeno puede ser utilizado como materia prima para la fabricación de pantallas, los investigadores deben demostrar que las hojas fabricadas con este material tienen una excelente calidad, dejando de lado los problemas de fracturas o discontinuidades que en la actualidad afectan su rendimiento.

Click aqui para ver el video.

Links:

• Touchscreen made from biggest graphene sheet(NewScientist)
• First graphene touchscreen(R&D Mag)

(cc) Carbophiliac

A mediados del año pasado les contamos que unos investigadores del MIT habían logrado crear un chip multiplicador de frecuencia basado en grafeno, logrando duplicar la frecuencia de una señal electromagnética.

Ahora es IBM la que va a presentar los avances que han logrado en sus investigaciones, con las que han conseguido construir transistores de radiofrecuencia que operan a 100 GHz, mientras que los actuales transistores sólo llegan a operar a 40 GHz.

Recordemos que el grafeno es un derivado del grafito descubierto en el año 2004, destacando por el hecho de que su uso elimina el problema de generación de ruido existente en los actuales procesadores de silicio.

Si todo sale bien en un futuro podríamos comenzar a ver transistores que operen a 1.000 GHz, lo que sin lugar a dudas representará un importante avance en el desarrollo de una nueva generación de procesadores.

Link: IBM developed a 100-Ghz Graphene RF Transistor, now works on 1-Thz ones (Vía CHW)

(c) Donna Coveney

El Grafeno podría ser la solución a los actuales problemas que enfrenta el desarrollo de nuevos chips cada vez más rápidos.

Este material, descubierto recién el año 2004, es una forma de carbono puro que en teoría no tendría los problemas de generación de ruido que tienen los actuales chips fabricados en silicio. Otra de sus sobresalientes características se relacionan con su resistencia, ya que se ha comprobado que es el material más resistente del mundo.

En la actualidad un grupo de investigadores del MIT lograron crear un chip multiplicador de frecuencia experimental, basado en el Grafeno y que es capaz de duplicar la frecuencia de una señal electromagnética, sin que se produzcan los típicos ruidos de la actualidad.

El desarrollo de esta investigación nos podría llevar a que se logren fabricar chips que operen a frecuencias de entre 500 a 1.000 Ghz.

Link: New material could lead to faster chips (Vía InformationWeek)