Modelo del Comportamiento Mecánico del Grafeno y sus Defectos.

La historia de la humanidad esta compuesta de muchas otras historias que se entrecruzan y complementan, haciendo avanzar el conocimiento y la conquista del ser humano sobre su entorno y sobre si mismo. Una de estas historias, la de la tecnologia, ha evolucionado para cubrir con aplicaciones las necesidades del hombre, apoyandose en cada momento en el grado de comprension que este tenia de las leyes de la Naturaleza, y en particular del comportamiento de los materiales que podia encontrar en esta u obtener mediante su procesado. Estas necesidades han sido cada vez mas numerosas y exigentes, y por tanto se han requerido con el paso del tiempo materiales con propiedades mejores, cuando no nuevas. Los iniciales requerimientos de la Edad de los Metales (dureza, tenacidad, maleabilidad, facil fusion y baja viscosidad una vez fundidos, etc.) fueron incrementados lentamente hasta la Revolucion Industrial acaecida entre los siglos XVIII y XIX, epoca en que se experimento un aumento espectacular de la demanda de materiales con mejores prestaciones que vinieran a desempenar funcionalidades mas exigentes en nuevos medios de transporte como el ferrocarril o el barco a vapor, en la industria textil y en los propios procesos metalurgicos de transformacion del acero. La llegada de la sociedad industrial dio paso a la de consumo, y de esta manera nuevos sectores, como la electronica o el ocio de masas, hicieron crecer todavia mas y de manera exponencial la aparicion de nuevos materiales, con una nueva estetica mas atractiva, mas seguros, y con un menor coste de fabricacion, uso y mantenimiento: semiconductores, materiales ceramicos, polimericos, compuestos etc. Del mismo modo otros sectores de consumo reservados anteriormente a unas elites, como el transporte por carretera o aire se vinieron a sumar a esta voragine, a la par que se tomaba conciencia de la obligatoriedad de la eficiencia energetica de la tecnologia que se debe de desarrollar, sobre todo a raiz de la crisis del petroleo de 1973. Sin embargo, a lo largo de este crecimiento historico del abanico de materiales de los que la humanidad dispone, no fue precisamente hasta finales de la Revolucion Industrial que la ciencia comenzo a comprender los fenomenos subyacentes al comportamiento mecanico de los materiales, lo cual supuso no solo un mejor uso de los ya existentes sino tambien la posibilidad de comenzar a buscar otros nuevos con propiedades ad hoc modificando su estructura. En efecto, no fue hasta mediados del siglo XIX que Aguste Bravais propuso que algunos materiales debian poseer estructura cristalina, esto es, que sus atomos debian distribuirse en el espacio con una disposicion invariante frente a cierto grupo de traslaciones, postulado que mas tarde fue confirmado mediante el uso de los rayos X, descubiertos por Wilhelm Roentgen en 1895. Asi, la ciencia de los materiales comenzo a generar suficiente conocimiento y herramientas como para poder hablar de una ingenieria de los materiales. Actualmente se vive una explosion en el campo de la nanotecnologia y por tanto de la nanomecanica de materiales, esto es, de los fenomenos observados a la escala de la milmillonesima parte de un metro. Si bien es desde hace decadas conocida y han sido predichas numerosas vias de aplicacion, no ha sido hasta hace relativamente poco con la aparicion del microscopio de efecto tunel en 1981 que se ha tenido la posibilidad de cambiar la posicion de los atomos de una manera selectiva y precisa. Este microscopio no solo permite "ver" los atomos, sino moverlos de una manera que hasta entonces parecia impensable. De igual manera, otro tipo de microscopio, el electronico, permitio en 1991 a Iijima caracterizar por primera vez nanotubos de carbono de pared multiple. Si bien constituyo uno de los hechos mas prometedores en el campo de la nanotecnologia, otro material, el grafeno, tambien con base en Carbono, ha cobrado recientemente mas interes. El grafeno es una lamina monoatomica de atomos de Carbono, distribuidos en forma de panel de abeja, el cual ha sido observado en forma estable sobre una variedad de sustratos (Novoselov et al., 2004), o en suspension (Meyer et al., 2007a). Hay tres grandes particularidades que hacen interesante a este material. Para comenzar, se trata del primer caso de cristal atomico de dos dimensiones. El solo estudio de su existencia mejora nuestra comprension acerca de la estabilidad termodinamica de los sistemas de baja dimensionalidad. En segundo lugar, las propiedades electronicas del grafeno son muy peculiares: los electrones en grafeno obedecen a una relacion de dispersion lineal (como los fotones), imitando el comportamiento de particulas relativistas sin masa, haciendolo interesante para el desarrollo de transistores de efecto de campo (Geim y Novoselov, 2007). En ultimo lugar, todas las propiedades usuales que describen el comportamiento de un material son superiores en grafeno, como las propiedades electricas o las propiedades que caracterizan desde un punto de vista mecanico a un material, tales como la rigidez en el plano, por lo que se esta investigando su posible uso en una gran variedad de aplicaciones, que van desde su uso en dispositivos electronicos a los materiales compuestos. Sus peculiares caracteristicas mecanicas (Novoselov et al., 2005, Silvestrov y Efetov, 2007, Geim y Novoselov, 2007, Bunch et al., 2007), son continuo objeto de estudio. De entre todas, cabe destacar su elevada rigidez, de 340_50 N=m (Lee et al., 2008), medida por indentacion con una punta de diamante de laminas de grafeno en el rango elastico. Los desarrollos de aplicaciones se han disparado en multitud de ambitos muy diversos. Uno de los que ya ha comenzado a dar sus frutos es el de los sensores. En Schedin et al. (2007) se muestra c_omo utilizando grafeno se han detectado moleculas unitarias en gases. Los resultados mas interesantes hasta la fecha en el campo de la electronica referente al grafeno se encuentran por una parte en Wang et al. (2009), que ha demostrado por primera vez la posibilidad de utilizar grafeno como multiplicador de frecuencia, y por otra en Liao et al. (2010) donde ya se han alcanzado a nivel de laboratorio frecuencias de 300 GHz, lo cual supone el doble de velocidad que el mas rapido de los procesadores MOSFET de silicio desarrollado hasta la fecha de tamano comparable (150 GHz para un procesador MOSFET de silicio de 150 nm). Se ha investigado tambien su uso como aditivo en materiales compuestos (Ma et al., 2004), comprobandose que se pueden llegar a obtener materiales con propiedades conductoras similares a otros que incorporan nanotubos de carbono. Incluso se estan desarrollando nuevos metodos para la desalinizacion de agua (Li et al., 2010) haciendo uso de grafeno. Por otro lado, la estructura del grafeno puede ser vista como base de otras estructuras de Carbono. Convenientemente enrollado sobre si mismo, daria lugar a una estructura denominada fulereno o a un nanotubo de carbono; apilando laminas de grafeno obtendriamos grafito. Es por ello que, si bien las mencionadas no son maneras reales de conseguir estos materiales, si que se puede afirmar que comprender las causas de las diversas propiedades que posee el grafeno ayuda a comprender las propiedades de estas otras estructuras, dadas sus similitudes topologicas.