Amaia Zurutuza Elorza Grapheneako zuzendari zientifikoa

“Espero que as aplicacións do grafeno estean no mercado antes de que a sociedade perda interese”

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

Chega a era dos materiais bidimensionales en tecnoloxía. O grafeno foi o primeiro en descubrilo, pero iso só abriu as portas a un novo mundo. Cantas aplicacións sorprendentes imaxinarían científicos e enxeñeiros desde entón! Graphenea é o soporte de todos estes soños en Donostia e reunímonos coa súa directora científica, Amaia Zurutuza. Explicouse que ten dispositivos nas mans feitos con grafeno.
Ed. Jon Urbe/©Argazki press
Hai uns anos xurdiu una gran esperanza en torno ao grafeno. Vostede mesmo abandonou o seu campo de investigación e saltou ao grafeno de cheo ao material de moda. Como foi?

Eu entón estaba a investigar farmacéuticamente no estranxeiro. Investigaba polímeros paira controlar as doses dos medicamentos. Tentei volver ao País Vasco e vin un anuncio de nanoGUNE que ofrecía traballo nunha nova empresa do sector do grafeno. Non sabía o que era o grafeno, pero desde o punto de vista da aplicación podíase facer de todo con el, e iso atraeume. Moi pouco despois de que eu empecei a traballar, fíxose entrega do Premio Nobel aos que descubriron o grafeno, e a partir de entón o interese polo grafeno creceu exponencialmente, mesmo na sociedade.

En directo, non?

Si, o mercado é moi pequeno. De momento só utilízase en investigación, non poden ser moitos produtores. O ano pasado achegou 16 millóns de euros en todo o mundo. A modo de dato, a empresa Samsung non está incluída nun novo mercado se o seu tamaño non é, polo menos, dun billón de dólares. 16 millóns de euros son só eslamiada paira eles.

Hai una gran esperanza no grafeno, pero en realidade é un material moi sinxelo: láminas finas de carbono. Que fai tan especial?
Ed. Jon Urbe/©Argazki press

É sinxelo, si. Descubriuse que o grafito, principal compoñente do lapis, estaba a limparse. É una capa individual de grafito. Os carbonos adquiren una estrutura hexagonal, a modo de colmea, pero formando una lámina dun só átomo de espesor. Bidimensional. A característica especial do grafeno é que os electróns se moven rapidamente nestas placas monoatómicas coma se non tivesen masa. Debido á súa gran cantidade de aneis, os electróns están deslocalizados en todo o material. Non teñen obstáculos paira moverse. Así, si no grafito os electróns móvense rapidamente, no grafeno é moito máis rápido. Por exemplo, en silicio móvense a unha velocidade máxima de 1.000 cm2/(V·s) e en grafeno pode chegar a 200.000 cm2/(V·s).

O movemento tan rápido dos electróns daralle una gran utilidade en electrónica. Proba desta velocidade é a recente aplicación de telecomunicacións 5G que permite baixar 25 películas nun só segundo.

De momento non chegou ningunha aplicación ao mercado, pero en que consisten os últimos prototipos de grafeno?

Pois hai moitos bos prototipos. Por exemplo, en optoelectrónica, a aplicación de fotodetectores é interesante: están a desenvolverse cámaras de visión nocturna paira coches. Tamén se están desenvolvendo aplicacións en telecomunicacións, combinadas con silicio en fibras ópticas. A eles véxolles especialmente o maior futuro. Fai dous ou tres anos falouse tamén de facer pantallas flexibles paira móbiles. O que pasa é que o móbil completo debería ser flexible, pola contra non ten sentido. E de momento non é posible.

No campo do medicamento, por exemplo, están a desenvolverse biosensores. As biomoléculas teñen moi boa interacción cos aneis aromáticos do grafeno. E como o grafeno ten una superficie proporcionalmente moi grande, detecta rapidamente calquera cambio nas biomoléculas, toda interacción. Por exemplo, serviría paira atopar biomarcadores en sangue.

Tamén se están desenvolvendo electrodos paira estimular o cerebro. Os electrodos utilizados actualmente son de platino, moi ríxidos e grosos, e o grafeno é monocapa, o que permite una mellor estimulación cerebral. Xa se realizaron probas en animais. De aquí poderían derivarse numerosas aplicacións paira estimular o cerebro e curar moitas enfermidades.

Desde que saltaches ao grafeno, que descubrimento do grafeno foi o que máis emoción creou en ti?

Pois é un material que aínda ten moitas sorpresas. Todos son interesantes, pero este ano a superconductividad foi o hot topic. Si superpones dúas capas do grafeno cun ángulo determinado, o grafeno presenta superconductividad. Nin sequera imaxinabamos que facía un ou dous anos. Que vai facer!

Ed. Jon Urbe/Press Fotográfico
O grafeno é o primeiro material bidimensional atopado, pero abre a posibilidade de obter outros moitos. Que característica especial ten ser bidimensional fronte aos materiais tridimensionales convencionais?

O diferente comportamento dos electróns achega novas capacidades. No grafeno, por exemplo, os electróns móvense máis rápido, mentres que nas capas simples fabricadas con disulfuro de molibdeno, a luz é absorbida de forma diferente: emite moita máis luz cando hai una soa capa que as tres capas. Ao final coñecemos os materiais tridimensionales, pero cando refinamos e obtemos un bidimensional, aparecen outras características. E dis: “Uau! Noticias Como emite tanta luz se non hai case material!”.

Poderiamos conseguir un bidimensional de calquera material tridimensional?

Máis ou menos. Con moitos si, con todos non. Nestes momentos, os científicos están a realizar grandes esforzos paira crear materiais bidimensionales e buscar novas características. E con moitos materiais. O que pasa é que logo non todos os materiais bidimensionales son útiles.

Tratouse, por exemplo, de crear silicio bidimensional: silónimo, que sería equivalente ao grafeno. Pero non é estable. Si fose estable, podería ter características interesantes, pero non é estable. Tamén se tratou con germanio, que tampouco é estable. Non se pode producir. Hai outro de fósforo negro no que os electróns se moven moi rápido. Pendente de ver.

Por tanto, na realidade non todos os átomos serven paira crear este tipo de estruturas?

Bo, a pregunta é difícil. Por exemplo, as estruturas hexagonales son as máis termodinámicamente estables, o que condiciona moito. O carbono é un átomo moi especial, xa que permite crear moitas estruturas espaciais, e case todas estables. O propio diamante é estable, aínda que require unhas condicións de xeración moi esixentes. É a particularidade do carbono.

De momento, que materiais bidimensionales estables conseguíronse?

Por exemplo, hai un moi parecido ao grafeno, o nitruro de boro hexagonal. En lugar de carbono, esta estrutura hexagonal está formada por boro e nitróxeno. Neste caso, os electróns non se moven rapidamente, pero é un material illante moi bo. Por iso, posúe una interesante propiedade: pode utilizarse como substrato paira o grafeno. De feito, como adoitamos colocar o grafeno sobre un substrato paira calquera aplicación, este ten un impacto sobre os electróns do grafeno, que xa non se moven tan rápido. Pero si pomos este material illante entre o substrato e o grafeno, estes electróns aínda se moven máis rápido. Iso é o que estamos a facer agora mesmo.

E hai máis materiais bidimensionales: disulfuro de molibdeno (MOS 2 ), disulfuro de wolfram (WS 2 ), diseleniuro de wolfram (WS e 2), etc. Todos eles son semiconductores, similares ao silicio. Non teñen estrutura hexagonal e non son estruturas monoatómicas, senón capas de tres átomos. Cada vez son máis creativos.

Ed. Jon Urbe/©Argazki press
Hai una gran esperanza en materiais bidimensionales e o investimento é similar, non?

Europa decidiu estratexicamente investir o diñeiro en grafeno. Graphene Flagship é un proxecto que lle deu moita forza. En dez anos investirá un billón de euros. Non é a única aposta de Europa, claro. Financiou outro gran proxecto de dez anos: Human Brain Project, paira a creación dunha supercomputadora.

Despois de tantos traballos, que aplicacións convertidas en realidade a través do grafeno cumprirían máis?

Paira min, ver o grafeno nos produtos sería terrible, porque levamos 8 anos investigando. Pero sabemos que necesitamos paciencia porque todo novo material necesita moitos anos paira comercializalo. No caso do silicio, pasaron máis de 20 anos até a súa utilización en transistores paira ordenadores. E agora o seu impacto no mercado é enorme.

Pero si tivese que elixir una aplicación… Bo, utilizala en fotónica ou electrónica sería moi bo, pero si tivese que elixir una, quizais, en biomedicina. Gustaríame ter un bo biosensor en casa, paira saber nun momento, por exemplo, se tes cancro ou non.

Tanta esperanza no grafeno pode xerar una forte presión social e mediática nos investigadores. Ti como o vives: tes carga ou che motiva ao traballo?

Ás veces non é fácil xestionar estas solicitudes mediáticas. Pero eu creo que de momento o interese é positivo. É importante que a sociedade estea interesada no grafeno, xa que é o que permite obter diñeiro paira o investimento. Iso si, espero que as aplicacións estean no mercado antes de perder ese interese.

Gai honi buruzko eduki gehiago

Elhuyarrek garatutako teknologia