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Cuatro materiales prodigio que pueden revolucionar la electrónica

El grafeno, un material 200 veces más fuerte que el acero, tiene flexibilidad como para llegar a permitir la fabricación de dispositivos que se doblan

No es el más fuerte: lo supera el carbino, que ha sido sintetizado recientemente, mientras que el siliceno y la nanocelulosa ofrecen sus propias promesas de conductividad y ligereza

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Una nueva generación de materiales promete dar un salto cualitativo al hardware

Una nueva generación de materiales promete dar un salto cualitativo al hardware

Las entrañas de la electrónica y la informática han estado formadas desde hace décadas con los mismos materiales. Particularmente uno de ellos, el silicio, constituye el componente básico en la mayoría de los circuitos, pero la tecnología está progresando tan rápido que sus capacidades se están quedando cortas. Para sortear éste y otros obstáculos se está investigando la existencia de nuevos materiales, cuyas propiedades podrían dar un vuelco a la industria digital en un futuro cercano.

El más conocido de los tachados frecuentemente de materiales prodigio seguramente es el grafeno. Pero existen otros que igualmente se encuentran en fase de investigación –aunque no tan avanzada– y han demostrado propiedades sorprendentes en comparación con los compuestos que hoy constituyen el ladrillo y la argamasa del hardware.

Grafeno

El material por el que Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov recibieron el Premio Nobel de Física en 2010 ha cautivado a los científicos en los últimos años, a partir del éxito de estos dos investigadores, que aislaron el compuesto a temperatura ambiente cuando durante mucho tiempo se pensó que una estructura así no podía ser estable. Su trabajo se publicó en la revista Science en el 2004 y pronto la industria de la electrónica empezó a ver al grafeno como el sustituto del silicio.

El grafeno consiste en una capa de átomos de carbono estable a temperatura ambiente. Esta estructura y sus enlaces químicos le confieren una dureza 200 veces superior al acero, así como una gran flexibilidad. La ligereza se cuenta también entre sus propiedades, al igual que la conductividad eléctrica y térmica. Es más eficiente que el silicio a la hora de consumir electricidad.

La estructura de las láminas de grafeno se despliega con forma hexagonal, como un panal

La estructura de las láminas de grafeno se despliega con forma hexagonal, como un panal


Los científicos han comprobado que se puede unir a otros materiales, transmitiendo a éstos parte de sus propiedades. Uno de los retos que se le han impuesto al grafeno es incrementar la potencia del hardware del futuro, sustituyendo al silicio en algunos cometidos. Pero también se ha postulado como la base para construir dispositivos flexibles gracias a su elasticidad y conductividad, al mismo tiempo que sirve para alargar la duración de las baterías.

Sin embargo, aún se está investigando la integración del grafeno en los transistores (presentes en la electrónica como unidades semiconductoras), un campo en el que el silicio lleva décadas de ventaja. Además, la producción del material es cara y los procesos conocidos hasta ahora son complicados. Otro inconveniente es su dificultad para actuar como semiconductor, pues carece de una parte aislante, como el silicio, por lo que no puede hacer el juego de conducir y dejar de conducir la electricidad sin mezclarse con otro compuesto.

Siliceno

Al hilo del grafeno, el siliceno es también un material bidimensional, formado en este caso por láminas de silicio. Este año, una investigación de la Universidad Técnica de Múnich y la Universidad de Aix Marseille ha logrado aislar el compuesto, comprobando empíricamente algunas de las propiedades que se le atribuían de forma teórica. Ahora empieza el camino para la experimentación.

El siliceno es similar en estructura y propiedades químicas y eléctricas al grafeno. Pero se predice que será más estable que éste, resiste la oxidación al contacto con el aire más que otros compuestos y se combina bien con los materiales presentes en la microelectrónica. Además, puede emitir luz de forma mucho más efectiva que el silicio.

Se cree que se podrá utilizar en baterías de ion-litio, las más comunes en dispositivos electrónicos de consumo, con el fin de alargar su vida, evitando el desgaste. Otra de las posibles aplicaciones estaría en mejorar el rendimiento del propio silicio en transistores. En todo caso, lo tendrá más fácil para integrarse en componentes microelectrónicos –donde abunda el elemento del que procede– que el grafeno, formado por carbono.

Nanocelulosa

Este material se puede encontrar en la biomasa terrestre, presente de forma natural. Se compone de fibras de celulosa a nanoescala y los científicos han estado experimentando con él desde hace varias décadas. Aunque no ha sido hasta hace poco cuando se ha logrado producir en una fábrica cantidades considerables.

La nanocelulosa multiplica la resistencia del acero, dispone de una gran ligereza y su conductividad eléctrica es igualmente destacable. Respecto al grafeno tiene la ventaja de que su producción es más barata. Entre sus aplicaciones en el campo de la electrónica se está investigando su elasticidad para la creación de pantallas flexibles en dispositivos. El fabricante japonés Pioneer es uno de los que está recorriendo este camino, mientras que IBM está probando la nanocelulosa para mejorar los componentes informáticos.

Nanocelulosa cristalina

Nanocelulosa cristalina

Aunque la producción de la nanocelulosa es más barata, no dejan de existir complicaciones para su obtención a gran escala. Además, su utilización está dando ahora los primeros pasos, por lo que tiene aún un largo camino para su uso comercial en electrónica.

Carbino

Durante décadas se ha considerado a este material como un compuesto hipotético, pero recientemente científicos de la Universidad de Rice, en la ciudad de Houston, Texas, han descubierto que puede existir a temperatura ambiente desligado de otras moléculas. El carbino procede del carbono, sólo que presenta una estructura química diferente, lo mismo que le ocurre al grafeno.

Compuesto por una cadena de átomos de carbono, el carbino es incluso más fuerte que el grafeno y extremadamente ligero. Su capacidad para conducir la electricidad también es muy alta, así como su flexibilidad, que le permitiría doblarse y rotar sobre sí mismo. Por sus propiedades se presenta como una promesa para el campo de la nanotecnología, si bien su investigación no se encuentra si quiera en fase embrionaria y las aplicaciones que se le suponen se han deducido a partir de experimentos con compuestos similares, como el grafeno o los nanotubos de carbono.

Imágenes: UCL Mathematical and Physical Sciences,   Innventia

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