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miércoles, septiembre 30, 2020

¿Por qué el grafeno será el material del futuro?

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Necesitamos materiales fuertes, con propiedades específicas, controlables, ligeros, baratos, para construir las necesidades (pocas) y los caprichos (muchos) de una vida rica ahora, y en el futuro.

Empezamos utilizando piedras, de sílex preferentemente, como herramientas. Pero su misma capacidad para desprender lascas las convertía en algo que había que desechar con mucha frecuencia.

Pasamos a utilizar metales, pero por mucho que se forjaban, seguían siendo frágiles y se mellaban con tal frecuencia que había que estar afilándolos constantemente.

Hoy tenemos materiales sintéticos enormemente resistentes (incluidos los diamantes) pero aun así sus propiedades quedan lejos de las esperables en teoría.

Las fuerzas entre los átomos y las moléculas son las fuerzas eléctricas, que son inmensas. Pero de esas fuerzas estamos utilizando sólo, en los mejores materiales, un 10%.

El problema son los fallos en las estructuras atómicas que invalidan, en ciertas regiones, esas fuerzas. Así, un material como el acero, al fraguar y convertirse en sólido, y aún tras toda clase de tratamientos, tiene en su estructura átomos no alineados, dislocaciones y microfracturas, y eso hace que las fuerzas interatómicas no actúen con toda su fuerza en esos puntos del material que puede quebrarse, como lo hacía el siles, en esa región.

Para disponer de estructuras con las fuerzas macroscópicas que correspondan a las inmensas fuerzas microscópicas, necesitamos que no haya errores en las disposiciones geométricas de las estructuras atómicas.

Y para hacer esto necesitamos crear estructuras en una o dos dimensiones, fibras o superficies. ¿Se han planteado ustedes por qué no puede haber vida en dos dimensiones?

Todos los seres vivos necesitan el equivalente de un tubo digestivo, de la boca al ano, o en las plantas, los tubos de la savia. El cuerpo puede rodear ese tubo, porque es de tres dimensiones, pero esto no es posible en dos, ni mucho menos en una dimensión. Un tubo digestivo o de transmisión de savia en dos dimensiones parte al ser vivo en dos conjuntos disjuntos. En dos seres ya no vivos. En dos dimensiones no se puede establecer un enlace a través del ”tubo” entre los dos lados. Ese enlace detiene sin remisión el flujo en el tubo.

Necesitamos pues tres dimensiones pero en tres dimensiones las estructuras tienen, todas, defectos.

En dos dimensiones, si existe un defecto, la estructura desaparece, se parte, se fracciona, y lo mismo pasa en una dimensión.

Los hilos de araña, la seda de las mariposas de la idem, son fortísimos, pues son casi lineales.

Si conseguimos construir una superficie no puede tener defectos, tendríamos dos superficies. Una superficie estricta es inmensamente fuerte, y al mismo tiempo, puesto que no deja electrones libres, es perfectamente aislante en la dirección perpenticular a la misma y un conductor perfecto en la dirección paralela, y no ofrece rozamiento.

Esto es el grafeno. Su nombre simula al de grafito, es decir, carbón duro. El grafito, mezclado con barro (arcilla), es lo que son las minas de los lápices. El nombre proviene de ‘‘piedra de hacer grafos” de escribir.

El grafeno son superficies bidimensionales de grafito, enlaces de átomos de carbono en estructuras hexagonales planas. Al no tener defectos, la fuerza de toda la estructura es la fuerza eléctrica entre los átomos. La fuerza eléctrica crece al disminuir la distancia entre las cargas como el inverso de esa distancia al cuadrado.

La fuerza gravitatoria entre dos masas de un kilo a un metro de distancia es 0,000000000067 Newtons (N). La fuerza entre dos cargas eléctricas unidad separadas un metro es 9.000.000.000, nueve mil millones de Newtons. La fuerza que podemos hacer los seres humanos es el equivalente de levantarnos cogiendo una barra a dos metros del suelo, o de dar un salto sobre el mismo. Si nuestra masa es de 70 kilos la fuerza que hacemos es de 700 N. Los más pesados algo más, los asténicos algo menos, pero alrededor de 700 N.

El cociente entre las fuerzas eléctricas y las gravitatorias es de unos 100 trillones. No lo notamos porque las cargas eléctricas positivas y negativas se compensan casi exactamente, pero las fuerzas eléctricas son inmensas.

Las superficies de grafeno, que no pueden tener defectos al ser bidimensionales (si los tienen se rompen en otras superficies) son 200 veces más fuertes que el acero, un millón de veces más finas que el vello humano, y representan el material con mejor conductividad eléctrica del mundo. Forma barreras perfectas, ni siquiera el helio (neutro eléctricamente) puede atravesarlo sin romperlo.

Es una revolución en la ciencia y la tecnología de materiales.

Los seres humanos estamos trabajando ya a escalas atómicas, y esto nos da unas posibilidades gigantescas para el objetivo de construir nuestras necesidades y caprichos.

La tecnología humana nos da soluciones para casi todos los problemas que nos presenta la vida.

El no resolver esos problemas no es cuestión de no poder hacerlo, sino de no quererlo.

La ciencia es el resultado de la razón y la inteligencia humana. La barrera para su utilización es la genética vital. Los genes construyen estructuras que favorecen su duplicación en ambientes muy diversos. Las bacterias, por ejemplo, necesitan, por lo general, ambientes líquidos. Para superar ese problema y extenderse a ambientes secos, los genes produjeron ”pieles”, envolturas impermeables que permitían a esas bacterias colonizar ambientes secos sin perder el agua interior. Pero los genes sólo hicieron eso para poder duplicarse capturando energía en otros entornos distintos de los charcos primigenios. Y así hasta el ser humano.

Pero la compleja construcción que somos los humanos, finalmente no es más que una herramienta de los genes para duplicarse en entornos muy variados, incluso en medio del vacío y casi ilimitado espacio exterior.

Puesto que los genes no hacen otra cosa que duplicarse, la estructura social humana, si se deja llevar por los impulsos genéticos, lo único que trata de hacer es destrozar a los demás genes para duplicar los propios. Cada persona sus genes, cada grupo, cada tribu, los suyos. El resultado es genéticamente (recordemos el génesis) perfecto, pero humanamente una tremenda tragedia.

A los genes de Hitler, a los de Stalin, quizás hoy a los de Trump y colegas, lo único que les importa(ba) es (era) su duplicación. Si desaparecían millones de personas, mejor. Más espacio para los genes propios.

Pero los genes sufrieron un error. Una mutación inesperada creó la inteligencia. Con ella podemos, si queremos, superar las matanzas, las subyugaciones, las esclavitudes, y funcionar como seres inteligentes, cooperando, produciendo lo necesario e incluso lo superfluo para todos, sin destrozarnos, sin destrozar al resto de seres vivos, sin destrozar el entorno.

Estamos hoy en una encrucijada crítica. Los genetistas, los tribales, las tribus, están planteando la batalla sangrienta y real, con matanzas, que es la única forma que conocen los genes, contra la inteligencia y la razón. La tribu ha triunfado en Inglaterra, puede triunfar en EEUU, está en tablas en Oriente, no porque sea una guerra entre genética e inteligencia, sino la destrucción secular, milenaria entre tribus.

El resultado está en nuestras manos. Estamos en una bifurcación del camino.

Podemos elegir el grafeno, o el grafito y las lascas de silex.

¿Qué elegimos? (Fuente. El Mundo.es)

Grafeno: El Material del Futuro

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