Catalunya empeny cap a la revolució del grafè

Ja fa temps que es parla del grafè com del material que ha de revolucionar les nostres vides. La Unió Europea ho té clar i aposta per no perdre el carro del que podria ser el gran producte del segle XXI i, per tant, la cara real d'una demanda contínua: que el que es fa als laboratoris salti al carrer i es converteixi en riquesa. Demà es donarà a conèixer a Brussel·les un ambiciós projecte que finança la UE a través del programa Ciència més enllà de la ficció , ideat per a ambiciosos projectes de recerca de frontera com en el seu moment ho va ser, per exemple, el programa espacial Apolo als Estats Units. Hi competien vuit grans projectes i hi ha hagut dos guanyadors: el gran consorci sobre el grafè i un altre per endinsar-se en l'estudi del cervell. En total, cada un disposarà de 1.000 milions d'euros per investigar durant una dècada.

Entre els membres del consorci que investiga sobre el grafè, Graphene Flagship, hi ha dos centres catalans: l'Institut Català de Nanotecnologia (ICN) -que forma part del nucli dur del projecte juntament amb nou institucions científiques més- i l'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO).

Propietats excepcionals

Al grafè el fan excepcional la resistència, la transparència, la gran conductivitat elèctrica i tèrmica, les propietats òptiques i l'elasticitat, entre moltes altres propietats extraordinàries. Es tracta del millor conductor de calor a temperatura ambient i és 40 cops més resistent que l'acer. La seva conductivitat elèctrica és mil cops millor que la del silici. Això el situa com un gran material per fabricar dispositius més sensibles i lleugers -com xips i transistors-. Hi ha qui avança que serà el substitut del silici, que en el seu moment va fer possible augmentar la capacitat d'emmagatzematge i de treball dels dispositius informàtics, i els va fer més petits i assequibles.

Un dels grans reptes a superar, però, és trobar com produir aquest nou material de manera que s'aconsegueixi la millor qualitat al millor preu. De moment, tot és massa car.

El grafè és una làmina de grafit d'un sol àtom de gruix, el mateix que es pot trobar a la simple punta d'un llapis, que, per contra, estaria constituïda per un munt de làmines, l'una sobre l'altra. Aïllant-ne una de sola se n'obtindria grafè. Actualment hi ha una dotzena de maneres d'obtenir grafè amb diferents nivells de qualitat, i cal veure quines són realment d'interès científic i comercial.

Hi ha altres fronts oberts per trobar aplicacions. El grafè pot potenciar o modelar les seves propietats adquirint estructures diferents o barrejant-se amb altres elements. Aquest és un dels fronts de recerca. Per exemple, hi ha diversos grups de recerca que investiguen en nanotubs de carboni formats per una sola capa de grafè enrotllada sobre ella mateixa.

Del laboratori al carrer

La recerca que fan els científics que treballen en aquest projecte europeu farà el salt a la indústria molt ràpidament. De fet, segons estimacions de l'empresa BASF, cap a l'any 2015 el grafè podria moure uns 1.550 milions de dòlars, i cap al 2020 uns 7.500 milions. Per això també formen part del consorci europeu importants empreses, com ara Repsol, Airbus i Nokia. "El nivell de participació de la indústria no té precedents, sobretot perquè és un camp de recerca que no té més de vuit anys", diuen els responsables en el text del projecte. El grafè es coneix des dels anys 50, però no se li va donar gaire importància. Va ser l'any 2010 quan els investigadors Andre Geim i Kostya Novoselov van obtenir el premi Nobel de física pels seus experiments amb aquest material.

Probablement un dels primers dispositius a arribar al mercat serà el paper electrònic flexible com a dispositiu personal de comunicacions, una làmina transparent, flexible i plegable que canvia de forma segons els usos que convinguin. De fet, com que requereix un grafè menys refinat, podria arribar a ser una realitat cap al 2015, segons indica un article publicat a Nature fa uns mesos. Aquest article -escrit, entre altres autors, pel premi Nobel Novoselov, investigador de la Universitat de Manchester i que també forma part del consorci europeu- s'ha convertit en el full de ruta del grafè .

Novoselov també hi avança que cap al 2020 es podrien aconseguir xarxes de comunicació sense cables ultraràpides de grafè i dispositius molt precisos de diagnòstic mèdic per la imatge. La medicina és un dels camps més prometedors. S'espera que el grafè serveixi millorar les proves diagnòstiques i certs tractaments.

També se'n pot beneficiar el medi ambient, amb més bons sensors per detectar o eliminar contaminants i, sobretot, perquè el nou material permetrà fer plaques solars molt més eficients.

Perquè el grafè substitueix el silici, però, el premi Nobel creu que caldrà esperar més, fins al 2030.

Els reptes del grafè

A Catalunya l'ICN es va posicionar com un dels millors grups del món en la recerca en aquesta àrea quan van crear un sensor de grafè que permet detectar molècules. Al centre hi ha grups que ja han fet un pas més per trobar com aplicar-ho en el tractament i el diagnòstic de malalties com ara la diabetis.

S'investiga també en el potencial de l'òxid de grafè per unir-se a altres molècules com l'ADN, proteïnes i virus.

L'ICN també ha aconseguit crear un transistor de grafè dopat químicament per millorar-ne les propietats com a semiconductor.

Un altre dels centres on es treballa amb aquest material és l'ICFO. Han creat un fotodetector basat en grafè i punts quàntics (un tipus de nanocristalls) que permet transformar la llum en electricitat. L'estudi es va publicar a Nature Nanotechnology . Aquest fotodetector és mil milions de vegades més sensible a la llum que ltres. Actualment els fotodetectors de silici tenen un gruix de mil·límetres (el grafè, un àtom) i no són flexibles. S'utilitzen a les xarxes de fibra òptica, i converteixen informació lumínica en senyals elèctrics. Els actuals absorbeixen entre un 10% i un 20% de la llum que hi incideix. El grafè amb punts quàntics millora l'absorció fins a un 50% i, per tant, seria molt més eficient. Segons la revista The Economist , que va dedicar un bon espai a explicar el dispositiu, a l'ICFO han creat "els budells d'un nou transistor".