Amaia Zurutuza Elorza Grapheneako zuzendari zientifikoa

“Espero que las aplicaciones del grafeno estén en el mercado antes de que la sociedad pierda interés”

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

Llega la era de los materiales bidimensionales en tecnología. El grafeno fue el primero en descubrirlo, pero eso sólo abrió las puertas a un nuevo mundo. ¡Cuántas aplicaciones sorprendentes imaginarían científicos e ingenieros desde entonces! Graphenea es el soporte de todos estos sueños en Donostia y nos hemos reunido con su directora científica, Amaia Zurutuza. Se ha explicado que tiene dispositivos en las manos hechos con grafeno.
Ed. Jon Urbe/©Argazki press
Hace unos años surgió una gran esperanza en torno al grafeno. Usted mismo abandonó su campo de investigación y saltó al grafeno de lleno al material de moda. ¿Cómo fue?

Yo entonces estaba investigando farmacéuticamente en el extranjero. Investigaba polímeros para controlar las dosis de los medicamentos. Intenté volver al País Vasco y vi un anuncio de nanoGUNE que ofrecía trabajo en una nueva empresa del sector del grafeno. No sabía lo que era el grafeno, pero desde el punto de vista de la aplicación se podía hacer de todo con él, y eso me atrajo. Muy poco después de que yo empecé a trabajar, se hizo entrega del Premio Nobel a los que descubrieron el grafeno, y a partir de entonces el interés por el grafeno creció exponencialmente, incluso en la sociedad.

En directo, ¿no?

Sí, el mercado es muy pequeño. De momento solo se utiliza en investigación, no pueden ser muchos productores. El año pasado aportó 16 millones de euros en todo el mundo. A modo de dato, la empresa Samsung no está incluida en un nuevo mercado si su tamaño no es, al menos, de un billón de dólares. 16 millones de euros son sólo sosa para ellos.

Hay una gran esperanza en el grafeno, pero en realidad es un material muy sencillo: láminas finas de carbono. ¿Qué hace tan especial?
Ed. Jon Urbe/©Argazki press

Es sencillo, sí. Se descubrió que el grafito, principal componente del lápiz, se estaba limpiando. Es una capa individual de grafito. Los carbonos adquieren una estructura hexagonal, a modo de colmena, pero formando una lámina de un solo átomo de espesor. Bidimensional. La característica especial del grafeno es que los electrones se mueven rápidamente en estas placas monoatómicas como si no tuvieran masa. Debido a su gran cantidad de anillos, los electrones están deslocalizados en todo el material. No tienen obstáculos para moverse. Así, si en el grafito los electrones se mueven rápidamente, en el grafeno es mucho más rápido. Por ejemplo, en silicio se mueven a una velocidad máxima de 1.000 cm2/(V·s) y en grafeno puede llegar a 200.000 cm2/(V·s).

El movimiento tan rápido de los electrones le dará una gran utilidad en electrónica. Prueba de esta velocidad es la reciente aplicación de telecomunicaciones 5G que permite bajar 25 películas en un solo segundo.

De momento no ha llegado ninguna aplicación al mercado, pero ¿en qué consisten los últimos prototipos de grafeno?

Pues hay muchos buenos prototipos. Por ejemplo, en optoelectrónica, la aplicación de fotodetectores es interesante: se están desarrollando cámaras de visión nocturna para coches. También se están desarrollando aplicaciones en telecomunicaciones, combinadas con silicio en fibras ópticas. A ellos les veo especialmente el mayor futuro. Hace dos o tres años se habló también de hacer pantallas flexibles para móviles. Lo que pasa es que el móvil completo debería ser flexible, de lo contrario no tiene sentido. Y de momento no es posible.

En el campo de la medicina, por ejemplo, se están desarrollando biosensores. Las biomoléculas tienen muy buena interacción con los anillos aromáticos del grafeno. Y como el grafeno tiene una superficie proporcionalmente muy grande, detecta rápidamente cualquier cambio en las biomoléculas, toda interacción. Por ejemplo, serviría para encontrar biomarcadores en sangre.

También se están desarrollando electrodos para estimular el cerebro. Los electrodos utilizados actualmente son de platino, muy rígidos y gruesos, y el grafeno es monocapa, lo que permite una mejor estimulación cerebral. Ya se han realizado pruebas en animales. De aquí podrían derivarse numerosas aplicaciones para estimular el cerebro y curar muchas enfermedades.

Desde que saltaste al grafeno, ¿qué descubrimiento del grafeno ha sido el que más emoción ha creado en ti?

Pues es un material que todavía tiene muchas sorpresas. Todos son interesantes, pero este año la superconductividad ha sido el hot topic. Si superpones dos capas del grafeno con un ángulo determinado, el grafeno presenta superconductividad. Ni siquiera imaginábamos que hacía uno o dos años. ¡Qué va a hacer!

Ed. Jon Urbe/Press Fotográfico
El grafeno es el primer material bidimensional encontrado, pero abre la posibilidad de obtener otros muchos. ¿Qué característica especial tiene ser bidimensional frente a los materiales tridimensionales convencionales?

El diferente comportamiento de los electrones aporta nuevas capacidades. En el grafeno, por ejemplo, los electrones se mueven más rápido, mientras que en las capas simples fabricadas con disulfuro de molibdeno, la luz es absorbida de forma diferente: emite mucha más luz cuando hay una sola capa que las tres capas. Al final conocemos los materiales tridimensionales, pero cuando refinamos y obtenemos un bidimensional, aparecen otras características. Y dices: “Uau! Noticias ¡Cómo emite tanta luz si no hay casi material!”.

¿Podríamos conseguir un bidimensional de cualquier material tridimensional?

Más o menos. Con muchos sí, con todos no. En estos momentos, los científicos están realizando grandes esfuerzos para crear materiales bidimensionales y buscar nuevas características. Y con muchos materiales. Lo que pasa es que luego no todos los materiales bidimensionales son útiles.

Se ha tratado, por ejemplo, de crear silicio bidimensional: silónimo, que sería equivalente al grafeno. Pero no es estable. Si fuera estable, podría tener características interesantes, pero no es estable. También se ha tratado con germanio, que tampoco es estable. No se puede producir. Hay otro de fósforo negro en el que los electrones se mueven muy rápido. Pendiente de ver.

¿Por lo tanto, en la realidad no todos los átomos sirven para crear este tipo de estructuras?

Bueno, la pregunta es difícil. Por ejemplo, las estructuras hexagonales son las más termodinámicamente estables, lo que condiciona mucho. El carbono es un átomo muy especial, ya que permite crear muchas estructuras espaciales, y casi todas estables. El propio diamante es estable, aunque requiere unas condiciones de generación muy exigentes. Es la particularidad del carbono.

De momento, ¿qué materiales bidimensionales estables se han conseguido?

Por ejemplo, hay uno muy parecido al grafeno, el nitruro de boro hexagonal. En lugar de carbono, esta estructura hexagonal está formada por boro y nitrógeno. En este caso, los electrones no se mueven rápidamente, pero es un material aislante muy bueno. Por ello, posee una interesante propiedad: puede utilizarse como sustrato para el grafeno. De hecho, como solemos colocar el grafeno sobre un sustrato para cualquier aplicación, éste tiene un impacto sobre los electrones del grafeno, que ya no se mueven tan rápido. Pero si ponemos este material aislante entre el sustrato y el grafeno, estos electrones todavía se mueven más rápido. Eso es lo que estamos haciendo ahora mismo.

Y hay más materiales bidimensionales: disulfuro de molibdeno (MoS 2 ), disulfuro de wolfram (WS 2 ), diseleniuro de wolfram (WS e 2), etc. Todos ellos son semiconductores, similares al silicio. No tienen estructura hexagonal y no son estructuras monoatómicas, sino capas de tres átomos. Cada vez son más creativos.

Ed. Jon Urbe/©Argazki press
Hay una gran esperanza en materiales bidimensionales y la inversión es similar, ¿no?

Europa decidió estratégicamente invertir el dinero en grafeno. Graphene Flagship es un proyecto que le ha dado mucha fuerza. En diez años invertirá un billón de euros. No es la única apuesta de Europa, claro. Financió otro gran proyecto de diez años: Human Brain Project, para la creación de una supercomputadora.

Después de tantos trabajos, ¿qué aplicaciones convertidas en realidad a través del grafeno cumplirían más?

Para mí, ver el grafeno en los productos sería terrible, porque llevamos 8 años investigando. Pero sabemos que necesitamos paciencia porque todo nuevo material necesita muchos años para comercializarlo. En el caso del silicio, pasaron más de 20 años hasta su utilización en transistores para ordenadores. Y ahora su impacto en el mercado es enorme.

Pero si tuviera que elegir una aplicación… Bueno, utilizarla en fotónica o electrónica sería muy bueno, pero si tuviese que elegir una, quizás, en biomedicina. Me gustaría tener un buen biosensor en casa, para saber en un momento, por ejemplo, si tienes cáncer o no.

Tanta esperanza en el grafeno puede generar una fuerte presión social y mediática en los investigadores. Tú cómo lo vives: ¿tienes carga o te motiva al trabajo?

A veces no es fácil gestionar estas solicitudes mediáticas. Pero yo creo que de momento el interés es positivo. Es importante que la sociedad esté interesada en el grafeno, ya que es lo que permite obtener dinero para la inversión. Eso sí, espero que las aplicaciones estén en el mercado antes de perder ese interés.

Gai honi buruzko eduki gehiago

Elhuyarrek garatutako teknologia