El grafeno empieza, por fin, a mostrar su potencial

Hace más de una década que venimos hablando acerca de las enormes posibilidades que ofrece el grafeno y de sus ventajas frente a otros materiales tradicionales.

“El grafeno es un material de sólo un átomo de grosor que tiene excepcionales propiedades electrónicas y ópticas. Permite hacer dispositivos mucho más eficientes”, afirma Jesús de la Fuente, fundador y CEO de Graphenea.

Al tener tan poco grosor, apenas un átomo, el grafeno es considerado un material bidimensional (2D). Además, tiene una serie de propiedades que hacen que sea muy atractivo para el sector tecnológico. “Tiene varias ventajas para los dispositivos electrónicos, como la alta conductividad térmica y eléctrica o la alta resistencia, comparado con otros materiales como el acero. Además, tiene un consumo de electricidad más bajo. Y es el material más resistente que se ha descubierto hasta la fecha”, desgrana Jordi García, director de Negocio de Kingston Iberia.

Sin embargo, la utilización de este material no es tan sencilla. “El principal inconveniente es que, como toda tecnología nueva disruptiva, exige rediseñar el dispositivo para aprovechar todo el potencial del grafeno. No es tan sencillo como ‘añade grafeno y listo’. Eso no funciona. Hay que diseñar un dispositivo electrónico desde el principio pensando en aprovechar las ventajas ópticas y electrónicas del grafeno. Es lo que se denomina una tecnología ‘deeeptech’, que tiene un gran potencial disruptivo, pero exige muchos años de desarrollo y grandes inversiones. El silicio o el nitruro de galio son otros ejemplos de este tipo de tecnologías ‘deeptech’”, advierte De la Fuente.

En una línea similar, García reseña que el desarrollo de aplicaciones prácticas se está viendo dificultado “por su complejidad para producirlo a gran escala sin que pierda propiedades”. Asimismo, indica que “por el momento, para su obtención se utilizan métodos que son muy caros y que también son altamente contaminantes para el medio ambiente”. Aunque subraya que “ya se está trabajando para conseguir remediar esos dos problemas”.

Además, cree que “su uso todavía no está masificado debido a la alta inversión que hay que hacer también en infraestructura para su fabricación”. “La realidad es que tiene que ser mucho más beneficioso de producir que el litio para que dé el salto. Por el momento, no lo es; al menos económicamente”, apostilla.

Expectativas exageradas

Comprender estas limitaciones es fundamental para evitar que se disparen las expectativas, algo que ya sucedió en el pasado. “Hubo gente que creó unas expectativas muy por encima de la realidad, sin ningún tipo de base científica y técnica. En 2014, eran continuas las llamadas preguntando por ‘marcianadas’. Y cuando les decías que eso no era posible, contestaban que no tenías ni idea o que habían leído en tal o cual sitio —evidentemente, en blogs sin base— que sí que se podía hacer”, declara Julio Gómez Cordón, presidente de la Alianza Española en Grafeno y fundador y CEO de Avanzare Innovación Tecnológica.

Por ejemplo, hace una década se hablaba de que el grafeno estaba llamado a sustituir al silicio. Sin embargo, eso no es tan sencillo. “La sustitución del silicio es extraordinariamente complicada. Lo que sí que permiten, y van a permitir, los materiales 2D es superar los límites que tiene actualmente el silicio. Ese es el camino”, afirma Gómez Cordón.

Igualmente, el fundador y CEO de Graphenea indica que “la principal oportunidad del grafeno no es sustituir otros materiales que ya se usan a nivel industrial, sino hacer cosas que no se pueden alcanzar con otros materiales”.

Por ejemplo, señala que “los dispositivos de lógica —microprocesadores, memoria, etc.— requieren un semiconductor con ‘band gap’ y el grafeno no tiene ese ‘band gap’, por lo que no es apropiado para este tipo dispositivos”. El silicio sí que tiene esta propiedad, permitiendo regular cómo fluye la electricidad a través del mismo, activándose o desactivándose, mientras que con el grafeno no se puede dejar de conducir la electricidad. Sin embargo, el grafeno es un material ideal para otras aplicaciones, “como sensores, moduladores o electrodos”, explica.

Algunos usos prácticos

Aunque las expectativas que se crearon cuando se empezó a hablar del grafeno fueron desmesuradas, el presidente de la Alianza Española en Grafeno reseña que “está habiendo grandes avances” en su utilización en electrónica flexible, packaging electrónico, microsensores, sensórica ubicua, electrónica sin cables, etc.

En cuanto a las aplicaciones ya presentes en el mercado, destaca su uso en disipadores térmicos en móviles o en componentes de baterías. Hace especial hincapié en que no se trata de baterías de grafeno, “ya que eso no tiene sentido, sino que son baterías que contienen grafeno”.

La refrigeración de dispositivos electrónicos es una de las aplicaciones que más estamos viendo últimamente. “El grafeno es el material que presenta mayor conductividad térmica, por lo que es el candidato ideal para este tipo de aplicaciones, siendo por ello una de sus primeros usos en el sector. Ya presentamos esta aplicación en el Mobile World Congress de 2016”, apunta Gómez Cordón.

Por ejemplo, el smartphone Honor Magic3, lanzado en verano de 2021, incluía grafeno hexagonal superconductor para reducir las temperaturas. Asimismo, OnePlus presentó la pasada primavera un smartphone con un sistema de refrigeración pasiva 3D de 5 capas, incluyendo una cámara de vapor personalizada, lámina de cobre, carbono de cobre a ambos lados de la placa base y una película de refrigeración hecha de material de grafeno.

Igualmente, el smartphone plegable Huawei Mate Xs 2, lanzado también en primavera, incorporaba un sistema de refrigeración líquida de grafeno para mejorar la disipación de calor. Y otro ejemplo en móviles lo veíamos en el Oppo Find X5 Pro, que llegó al mercado este verano, con una película de grafeno que ayuda a refrigerar mejor su placa base y la bobina de la batería.

También en refrigeración, pero en su aplicación en otro tipo de dispositivos, Kingston Digital lanzó el año pasado una nueva generación de unidades SSD, con una etiqueta compuesta de aluminio y grafeno de bajo perfil en la parte superior de la unidad. “Esto permite una mejor disipación térmica en comparación con nuestra etiqueta SSD estándar, sin añadir una altura Z significativa.  Esto es fundamental para garantizar que nuestras SSD puedan seguir instalándose en aplicaciones de hardware con limitaciones de espacio”, explica el director de Negocio de Kingston Iberia.

“Por el momento, estamos cumpliendo el objetivo de reducir la temperatura de la unidad durante las cargas de trabajo intensivas, lo que se traduce en un mejor soporte de las temperaturas de trabajo y una mayor durabilidad del producto”, añade. Además, aclara que “el precio de la etiqueta compuesta es ligeramente superior al de las etiquetas estándar, pero mucho menos que algunos de los disipadores de aleación metálica o de aluminio extruido de mayor precio que se utilizan actualmente”.

Por su parte, De la Fuente destaca su utilización en “moduladores ópticos para transmisión de datos por fibra óptica, que consumen muchísima menos energía; o biosensores para diagnóstico de enfermedades con mucha mayor sensibilidad”. “Los dispositivos de diagnóstico médico y la optoelectrónica son algunos de los dispositivos que están más avanzados. Un ejemplo de esto es nuestro cliente Emberion, spin off de Nokia, que desarrolla cámaras avanzadas de infrarrojos”, detalla. Además, remarca que “el uso de grafeno para mejorar dispositivos fotónicos para telecomunicaciones y otras aplicaciones está cogiendo mucho impulso en los últimos años”.

Por otro lado, el grafeno está encontrando interesantes aplicaciones en el ámbito del sonido de alta fidelidad. Varios fabricantes están empleando este material en el diafragma de sus auriculares y altavoces, aprovechando su limitado espesor y su gran rigidez.

Asimismo, García remarca que “por su ligereza y resistencia, el grafeno podría tener aplicaciones interesantes en otras industrias, como la aeronáutica, la automovilística, la seguridad, productos de consumo, etc.”. En este sentido, hace hincapié en que “no tiene por qué utilizarse enteramente el material, sino que su aleación con otros permite mejorar muchos de los productos que utilizamos hoy en día”. Además, recuerda que “es capaz de generar electricidad a través de la energía solar, por lo que también promete mucho en el mundo de las energías renovables”.

También fracasos

En cualquier caso, el grafeno es un material cuyas propiedades y aplicaciones estamos descubriendo día a día. Y lo mismo sucede con sus limitaciones. “La investigación es éxito y fracaso. Hay que aprender del fracaso para que se convierta en un caso de éxito”, afirma el presidente de la Alianza Española en Grafeno.

En la investigación de las aplicaciones del grafeno también ha habido algunos fracasos, como no podía ser de otra manera. “En la pasada década, intentamos utilizar grafeno para sustituir el ITO (indium tin oxide, óxido de indio dopado con estaño) que se usa en las pantallas táctiles de teléfonos y tabletas. Las ventajas eran la sostenibilidad, ya que el indio es una tierra rara costosa de extraer, y que el grafeno facilita la fabricación de pantallas flexibles que se pueden doblar o enrollar. A pesar de lo que mucha gente pensaba en aquel momento, los móviles flexibles no han tenido mucho éxito comercial y, además, la mayor parte de los fabricantes tienen sus líneas de fabricación optimizadas para el uso de ITO, por lo que el cambio al grafeno es una transición costosa y arriesgada para ellos”, puntualiza De la Fuente.