Amaia Zurutuza Elorza Grapheneako zuzendari zientifikoa

“Espero que les aplicacions del grafè estiguin en el mercat abans que la societat perdi interès”

2018/11/30 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

Arriba l'era dels materials bidimensionals en tecnologia. El grafè va ser el primer a descobrir-lo, però això només va obrir les portes a un nou món. Quantes aplicacions sorprenents imaginarien científics i enginyers des de llavors! Graphenea és el suport de tots aquests somnis en Donostia i ens hem reunit amb la seva directora científica, Amaia Zurutuza. S'ha explicat que té dispositius a les mans fets amb grafè.
Ed. Jon Urbe/©Argazki press
Fa uns anys va sorgir una gran esperança entorn del grafè. Vostè mateix va abandonar el seu camp de recerca i va saltar al grafè de ple al material de moda. Com va ser?

Jo llavors estava investigant farmacèuticament a l'estranger. Investigava polímers per a controlar les dosis dels medicaments. Vaig intentar tornar al País Basc i vaig veure un anunci de nanoGUNE que oferia treball en una nova empresa del sector del grafè. No sabia el que era el grafè, però des del punt de vista de l'aplicació es podia fer de tot amb ell, i això em va atreure. Molt poc després que jo vaig començar a treballar, es va fer lliurament del Premi Nobel als quals van descobrir el grafè, i a partir de llavors l'interès pel grafè va créixer exponencialment, fins i tot en la societat.

En directe, no?

Sí, el mercat és molt petit. De moment només s'utilitza en recerca, no poden ser molts productors. L'any passat va aportar 16 milions d'euros a tot el món. A manera de dada, l'empresa Samsung no està inclosa en un nou mercat si la seva grandària no és, almenys, d'un bilió de dòlars. 16 milions d'euros són només fada per a ells.

Hi ha una gran esperança en el grafè, però en realitat és un material molt senzill: làmines fines de carboni. Què fa tan especial?
Ed. Jon Urbe/©Argazki press

És senzill, sí. Es va descobrir que el grafit, principal component del llapis, s'estava netejant. És una capa individual de grafit. Els carbonis adquireixen una estructura hexagonal, a manera de rusc, però formant una làmina d'un sol àtom de gruix. Bidimensional. La característica especial del grafè és que els electrons es mouen ràpidament en aquestes plaques monoatòmiques com si no tinguessin massa. A causa de la seva gran quantitat d'anells, els electrons estan deslocalitzats en tot el material. No tenen obstacles per a moure's. Així, si en el grafit els electrons es mouen ràpidament, en el grafè és molt més ràpid. Per exemple, en silici es mouen a una velocitat màxima de 1.000 cm²/(V·s) i en grafè pot arribar a 200.000 cm²/(V·s).

El moviment tan ràpid dels electrons li donarà una gran utilitat en electrònica. Prova d'aquesta velocitat és la recent aplicació de telecomunicacions 5G que permet baixar 25 pel·lícules en un solo segon.

De moment no ha arribat cap aplicació al mercat, però en què consisteixen els últims prototips de grafè?

Perquè hi ha molts bons prototips. Per exemple, en optoelectrònica, l'aplicació de fotodetectores és interessant: s'estan desenvolupant càmeres de visió nocturna per a cotxes. També s'estan desenvolupant aplicacions en telecomunicacions, combinades amb silici en fibres òptiques. A ells els veig especialment el major futur. Fa dos o tres anys es va parlar també de fer pantalles flexibles per a mòbils. El que passa és que el mòbil complet hauria de ser flexible, en cas contrari no té sentit. I de moment no és possible.

En el camp de la medicina, per exemple, s'estan desenvolupant biosensores. Les biomolècules tenen molt bona interacció amb els anells aromàtics del grafè. I com el grafè té una superfície proporcionalment molt gran, detecta ràpidament qualsevol canvi en les biomolècules, tota interacció. Per exemple, serviria per a trobar biomarcadores en sang.

També s'estan desenvolupant elèctrodes per a estimular el cervell. Els elèctrodes utilitzats actualment són de platí, molt rígids i gruixos, i el grafè és monocapa, la qual cosa permet una millor estimulació cerebral. Ja s'han realitzat proves en animals. D'aquí podrien derivar-se nombroses aplicacions per a estimular el cervell i curar moltes malalties.

Des que vas saltar al grafè, quin descobriment del grafè ha estat el que més emoció ha creat en tu?

Perquè és un material que encara té moltes sorpreses. Tots són interessants, però enguany la superconductivitat ha estat l'hot topic. Si superposes dues capes del grafè amb un angle determinat, el grafè presenta superconductivitat. Ni tan sols imaginàvem que feia un o dos anys. Què farà!

Ed. Jon Urbe/Press Fotogràfic
El grafè és el primer material bidimensional oposat, però obre la possibilitat d'obtenir molts altres. Quina característica especial té ser bidimensional enfront dels materials tridimensionals convencionals?

El diferent comportament dels electrons aporta noves capacitats. En el grafè, per exemple, els electrons es mouen més ràpid, mentre que en les capes simples fabricades amb disulfur de molibdè, la llum és absorbida de manera diferent: emet molta més llum quan hi ha una sola capa que les tres capes. Al final coneixem els materials tridimensionals, però quan refinem i obtenim un bidimensional, apareixen altres característiques. I dius: “Uau! Notícies Com emet tanta llum si no hi ha gairebé material!”.

Podríem aconseguir un bidimensional de qualsevol material tridimensional?

Més o menys. Amb molts sí, amb tots no. En aquests moments, els científics estan realitzant grans esforços per a crear materials bidimensionals i buscar noves característiques. I amb molts materials. El que passa és que després no tots els materials bidimensionals són útils.

S'ha tractat, per exemple, de crear silici bidimensional: silónimo, que seria equivalent al grafè. Però no és estable. Si fos estable, podria tenir característiques interessants, però no és estable. També s'ha tractat amb germani, que tampoc és estable. No es pot produir. Hi ha un altre de fòsfor negre en el qual els electrons es mouen molt ràpid. Pendent de veure.

Per tant, en la realitat no tots els àtoms serveixen per a crear aquest tipus d'estructures?

Bé, la pregunta és difícil. Per exemple, les estructures hexagonals són les més termodinámicamente estables, la qual cosa condiciona molt. El carboni és un àtom molt especial, ja que permet crear moltes estructures espacials, i gairebé totes estables. El propi diamant és estable, encara que requereix unes condicions de generació molt exigents. És la particularitat del carboni.

De moment, quins materials bidimensionals estables s'han aconseguit?

Per exemple, hi ha un molt semblant al grafè, el nitrur de bor hexagonal. En lloc de carboni, aquesta estructura hexagonal està formada per bor i nitrogen. En aquest cas, els electrons no es mouen ràpidament, però és un material aïllant molt bo. Per això, posseeix una interessant propietat: pot utilitzar-se com a substrat per al grafè. De fet, com solem col·locar el grafè sobre un substrat per a qualsevol aplicació, aquest té un impacte sobre els electrons del grafè, que ja no es mouen tan ràpid. Però si posem aquest material aïllant entre el substrat i el grafè, aquests electrons encara es mouen més ràpid. Això és el que estem fent ara mateix.

I hi ha més materials bidimensionals: disulfur de molibdè (MoS 2 ), disulfur de wolfram (W 2 ), diseleniuro de wolfram (W e 2), etc. Tots ells són semiconductors, similars al silici. No tenen estructura hexagonal i no són estructures monoatòmiques, sinó capes de tres àtoms. Cada vegada són més creatius.

Ed. Jon Urbe/©Argazki press
Hi ha una gran esperança en materials bidimensionals i la inversió és similar, no?

Europa va decidir estratègicament invertir els diners en grafè. Graphene Flagship és un projecte que li ha donat molta força. En deu anys invertirà un bilió d'euros. No és l'única aposta d'Europa, clar. Va finançar un altre gran projecte de deu anys: Human Brain Project, per a la creació d'una supercomputadora.

Després de tants treballs, quines aplicacions convertides en realitat a través del grafè complirien més?

Per a mi, veure el grafè en els productes seria terrible, perquè portem 8 anys investigant. Però sabem que necessitem paciència perquè tot nou material necessita molts anys per a comercialitzar-ho. En el cas del silici, van passar més de 20 anys fins a la seva utilització en transistors per a ordinadors. I ara el seu impacte en el mercat és enorme.

Però si hagués de triar una aplicació… Bueno, utilitzar-la en fotònica o electrònica seria molt bo, però si hagués de triar una, potser, en biomedicina. M'agradaria tenir un bon biosensor a casa, per a saber en un moment, per exemple, si tens càncer o no.

Tanta esperança en el grafè pot generar una forta pressió social i mediàtica en els investigadors. Tu com ho vius: tens càrrega o et motiva al treball?

A vegades no és fàcil gestionar aquestes sol·licituds mediàtiques. Però jo crec que de moment l'interès és positiu. És important que la societat estigui interessada en el grafè, ja que és el que permet obtenir diners per a la inversió. Això sí, espero que les aplicacions estiguin en el mercat abans de perdre aquest interès.

Gai honi buruzko eduki gehiago

Elhuyarrek garatutako teknologia