El grafeno no se moja o ¿Cómo destilar Vodka con grafeno?

Yo prefiero el Whisky, que queréis que os diga. Eso sí, el grafeno me parece un nanomaterial de lo más interesante: Una sola capa de átomos de carbono dispuestos como el enrejado de la valla metálica de un jardín. Pero es que con los descubrimientos publicados en Science y Nature Materials (dos de las revistas científicas más prestigiosas) a finales de Enero, ya poco importa que  tenga excelentes propiedades mecánicas. De hecho, es muy fuerte y resistente. ¡A ver quien es el guapo que lo rompe en mil pedazos!  Además, y debido a su flexibilidad, puede usarse para recubrir casi cualquier superficie. Pero no sólo eso se sabía. Resulta que también es inerte químicamente, así que nada de reaccionar con el oxigeno del aire y oxidarse como un metal cualquiera. Y conduce el calor y la electricidad mejor que nadie. Es la caña, ¡vamos! Pero es que ahora, dos grupos de investigadores independientes han descubierto, entre ellos el premio Nobel Sir Andre Geim, que es impermeable. Si, has leído bien. Como el chubasquero que usamos cuando llueve.

Conferencia de Novoselov sobre el grafeno en Bilbao.

Los investigadores esperaban que los diminutos espacios entre los átomos de carbono en su estructura fueran demasiado pequeños para que ni el agua ni otra cosa cualquiera pudieran pasar a través de ellos. Pero se encontraron una sorpresa. Y, llegado hasta aquí, tú te preguntaras: ¿Pero qué es lo que han descubierto? Pues si leemos el artículo de Nature Materials nos encontramos que los investigadores concluyen que las fuerzas de van der Waals no se ven afectadas por el grafeno. Si nunca has oído hablar de estas fuerzas atractivas (como el magnetismo de un imán) pero que aparecen entre átomos y moléculas y tienen una alcance de al menos varios nanómetros, pues esta conclusión no te dirá gran cosa.  A mí, como físico, me apasiona jeje. Y es que, en el caso del oro, el cobre y el silicio, las fuerzas de van der Waals entre la superficie y las gotas de agua determinan como se extiende el agua sobre la superficie sólida, esto es, como se moja. Debido a su alcance, estas fuerzas no se ven afectadas por la presencia de una capa de un solo átomo de carbono de espesor entre la superficie y la gota de agua. En otras palabras, las fuerzas de van der Waals son capaces de “mirar a través de” capas de grafeno ultradelgadas.

Pero es que aún hay más: Si apilan 6 capas de grafeno sobre la superficie metálica entonces se acabó esta transparencia del grafeno al mojado. En estas condiciones, la separación entre la gota de agua y la superficie recubierta por el grafeno es lo suficientemente grande (esto es siempre relativo, pues hablamos de seis capas de grafeno que nos da unos 2 nanómetros de espesor) para que las fuerzas de van der Waals ya no sientan la superficie bajo el recubrimiento de grafeno.

Un orificio, como el de una botella, tapado por una capa de grafeno.

“Son tan inusuales las propiedades encontradas que es difícil imaginar que no puedan ser de utilidad en el diseño de equipos para filtración de agua”. Andre Geim (Premio Nobel de Física en 2010).

Pero no nos distraigamos y volvamos a lo que es noticia: ¡Se ha descubierto que el grafeno es impermeable!. Para demostrarlo, en Science nos cuentan que han fabricado membranas (filtros como los que usamos para preparar el café, por ejemplo) apilando las capas de un sólo átomo de carbono del grafeno pero en este caso oxidadas (esto es, con grupos hidroxilo -Un hidrógeno y un oxígeno, OH- alrededor). Estas láminas, más de 100 veces más finas que un cabello, siguen siendo muy fuertes, flexibles y fáciles de manejar, como el propio grafeno.

El experimento que hicieron consistió en sellar un contenedor metálico con estas membranas de óxido de grafeno.  Llenaron de Helio el contenedor y vieron si se “fugaba”. Esto es lo que se llama la prueba de fugas con Helio. Y la superó. Ni el detector más sensible fue capaz de medir gas alguno que se filtrara a través de la membrana. Pero las sorpresas de este nanomaterial no acaban aquí. El mismo contenedor metálico, llenado de agua y sellado con las mismas membranas, dejaba que el agua se evaporase tan rápido como si no estuviera sellado. No hay ninguna duda, ¡Este material es increíble!

El grafeno mejorará los deshumidificadores.

Y nos queda la pregunta más importante por contestar: ¿Y esto para que sirve? Los autores del Nature Materials proponen una aplicación práctica de este nuevo recubrimiento en las superficies de cobre utilizadas en los deshumidificadores. Debido a su exposición al agua, estas se oxidan. Lo que disminuye la transferencia de calor y la eficiencia del aparato. Un revestimiento de las superficies de cobre del deshumidificador con una fina capa de grafeno prevendría su oxidación, según los investigadores, y el funcionamiento del dispositivo no se vería afectado porque el grafeno no cambia la forma en que el agua interacciona con el cobre. El profesor Geim, a raíz de su artículo en Science, comenta: “Son tan inusuales las propiedades encontradas que es difícil imaginar que no puedan ser de utilidad en el diseño de equipos para filtración de agua”.  ¡Ah!, y para acabar, tu dirás: ¿Qué pasa con el Vodka? Pues que a ninguno de los autores del artículo de Science les gusta (Ya es algo que tengo en común con un premio Nobel jeje). No, vale. Con el Vodka se echaron unas risas. No te olvides que Geim y Novoselov son los que recibieron el Nobel después de descubrir el grafeno pegándole cinta adhesiva a la mina de un lápiz. Así que sellaron una botella de Vodka con las membranas de óxido de grafeno y consiguieron que la bebida aumentara su grado de alcohol, al concentrarse como en un alambique, tras evaporarse el agua del interior de la botella a través de la membrana. Sin embargo, el grupo de la Universidad de Manchester no ven una aplicación inmediata en las destilerías. Esta visto que la llegada de la nanotecnología al mundo de las bebidas alcohólicas tendrá que esperar.

Emilio Castro

Referencias:

Rafiee J, Mi X, Gullapalli H, Thomas AV, Yavari F, Shi Y, Ajayan PM, & Koratkar NA (2012). Wetting transparency of graphene. Nature materials PMID: 22266468

Nair RR, Wu HA, Jayaram PN, Grigorieva IV, & Geim AK (2012). Unimpeded permeation of water through helium-leak-tight graphene-based membranes. Science (New York, N.Y.), 335 (6067), 442-4 PMID: 22282806

 Leer Más:

• http://grafeno.com/
• http://francisthemulenews.wordpress.com/2012/01/29/andre-geim-premio-nobel-de-fisica-2010-demuestra-en-science-como-destilar-vodka-utilizando-oxido-de-grafeno/
• http://www.muyinteresante.es/usan-grafeno-para-destilar-vodka
• http://www.wisphysics.es/2010/10/la-fisica-del-grafeno
• http://www.physorg.com/news/2012-01-graphene-supermaterial-superpermeable.html
• http://www.physorg.com/news/2012-01-graphene-materials-wettable.html
• http://www.sciencemag.org/content/335/6067/442
• http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/abs/nmat3228.html

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