Los nanomateriales y las nanoestructuras están por todo nuestro mundo natural.
Miren las alas de la libélula.
Si ampliamos la imagen 100 000 veces
y miramos la membrana transparente,
podemos ver las nanoestructuras,
que son invisibles a simple vista.
El grafeno es transparente.
Este es un modelo molecular de grafeno.
Para que sea visible, fue ampliado
más de 280 millones de veces.
El grafeno consta de un solo elemento:
carbono.
Es así de simple.
Pero el grafeno tiene muchas propiedades especiales.
Es el material más fino; tiene solo el grosor de un átomo.
Es el material más resistente que se haya medido.
El enlace de carbono en el plano es más resistente
que el enlace de carbono tetraédrico en un diamante.
Al mismo tiempo, es flexible y elástico.
El grafeno se puede doblar por completo y estirar hasta un 20 %.
Tiene la conductividad térmica más alta entre los materiales, incluido el cobre.
Puede soportar la densidad de corriente más alta a temperatura ambiente;
tiene la movilidad intrínseca más alta,
que es 100 veces más que la del silicio.
Es el material más impermeable;
ni siquiera los átomos más chicos de helio lo pueden atravesar.
El grafeno cambiará el mundo.
Sin dudas, habrá una sociedad inteligente totalmente diferente
dentro de 10 o 20 años.
Tomémonos un momento para pensar sobre el futuro.
Imaginen si todas las ventanas de vidrio transparente
pudieran generar electricidad constante bajo la luz del sol
y suministrar energía a todos los edificios.
Imaginen si todos los vehículos y aparatos eléctricos
pudieran cargarse en 10 minutos y durar con carga por varios días.
Imaginen si se pudiera desalinizar el agua de mar con un aparato de bolsillo
para convertirla en agua potable en todos lados.
Imaginen si se pudieran incorporar aparatos electrónicos en la ropa,
y algunos, incluso, implantar bajo la piel.
Imaginen si los materiales compuestos livianos
pudieran ser más resistentes que nunca,
y se conviertan en el material estructural principal
para el casco de los barcos, vehículos y aviones.
Imaginen si los chips electrónicos pudieran hacer cálculos
mil veces más rápido
con plasmones en vez de electrones.
Un día todos estos sueños se harán realidad y revolucionarán la sociedad;
y creo que esto sucederá en nuestros tiempos,
gracias al estudio de este nuevo nanomaterial.
Pero cómo producir grafeno es un problema serio.
Aunque se sabe que el grafeno se encuentra en el grafito,
la mayoría de los científicos creía que era imposible
aislar un grafeno estable.
En los 30, Landau y Peierls afirmaron
que los cristales 2D serían termodinámicamente inestables,
por lo tanto no podrían existir.
30 años después, Mermin presentó los resultados analíticos
que reafirmaban esa hipótesis.
Hasta 2004, cuando 2 científicos,
Andre Geim y Kostya Novoselov,
usaron cinta adhesiva para producir grafeno.
Al poner cinta en láminas de grafito varias veces,
cada vez despegando una capa,
el grafito se hace cada vez más delgado.
Aunque casi toda el área consta de láminas delgadas de grafito,
algunas pequeñas partes de una capa individual de grafeno
pudieron ser aisladas.
Desde entonces, miles de científicos empezaron a investigar
en base a esta pequeña parte de capa individual de grafeno
usando el método de la cinta adhesiva.
¿Pueden creer que el Premio Nobel de Física de 2010
fue entregado a estos 2 científicos
por el experimento innovador de la cinta adhesiva? (Risas)
Claro que no es un método práctico
para producir grafeno en masa y crear productos útiles.
Hoy en día, toneladas de pequeñas láminas de múltiples capas de grafeno,
estrictamente hablando, láminas delgadas de grafito,
se pueden producir usando el método de exfoliación química.
Puede ser usado en raquetas de tenis o cubiertas de bicicleta
para mejorar la resistencia y reducir el peso de los componentes.
Sin embargo, el material producido es negro,
lo que es contradictorio con la propiedad transparente del grafeno.
Si es negro, significa que las láminas son muy gruesas.
Al mismo tiempo, las láminas son muy chicas
para hacer todas esas cosas asombrosas que les dije.
Como investigador experimental que trabaja con grafeno,
necesito muchas capas individuales de grafeno de gran tamaño
para mis experimentos.
Pero no pude encontrar ningún grupo de investigadores
que pueda proveerme de grafeno de alta calidad
en los Países Bajos en ese momento.
Viajaba de la universidad de Leiden a la de Delft todos los días,
y trataba de descubrir cómo podía crear muestras grandes de grafeno.
Con las instalaciones existentes disponibles,
no pude aislar grafeno de alta calidad,
ya fuera porque el equipo tenía un muy mal control del flujo de gas,
o porque el área de calentamiento era muy chica
para crear muestras más grandes de grafeno.
Ni siquiera la potencia del calentador era suficiente
para alcanzar los 1000 °C.
Todos los días, me despertaba a las 6
y volvía a casa a media noche.
Intenté todas las posibilidades que se me ocurrían.
Pero lo único que conseguía era frustrarme y repetir los problemas.
Pensé: "Si sigo así,
nunca terminaré mi investigación doctoral".
Después de 4 meses, decidí dejar de perder tiempo
y yo mismo construir un horno.
Gracias a mi director de tesis y al cuerpo docente,
recibí un presupuesto extra para los equipos.
Al mismo tiempo, también gané el premio Young Wild Idea,
que es de 10 000 EUR,
lo que me permitió gastar libremente la plata en el material.
Todavía recuerdo ese martes 17 de abril de 2012.
Luego de todo un año de largas jornadas de trabajo,
empecé la primera prueba de mi propio equipo.
La bomba de vacío que tomé de algún lugar del laboratorio
tenía más de 8 años y había funcionado por más de 29 000 horas.
Y no solo eso, sino que dejaba de funcionar
cuando la temperatura superaba los 40 °C.
Así que compré un ventilador chico de 30 EUR,
que servía para enfriar la bomba.
Este es el horno que construí.
Explicaré las ventajas de este equipo casero.
El horno puede calentar el tubo de cuarzo de 2,5 cm
a más de 1000 °C
con una fluctuación de temperatura de menos del 1°C.
Tiene una cubierta Lexan transparente a prueba de balas,
que puede proteger contra cualquier posible explosión de gas
y garantizar la seguridad del investigador.
Tiene un pequeño volante que controla, a distancia, el movimiento del horno
a la izquierda
y a la derecha,
con un engranaje y una cadena,
como las cadenas en las bicicletas.
Con este diseño, pude calentar y enfriar la muestra
10 veces más rápido que con un equipo comercial.
El costo de esta instalación es de menos de 20 000 EUR,
7 veces más barato que cualquier equipo comercial disponible.
Se pueden optimizar todos los componentes, y son fáciles de usar.
Tiene un rendimiento mucho mejor.
Disfruté llevar a cabo el experimento con mi propio equipo.
Este es el grafeno que creé.
Los cristales de grafeno se crean como los cristales de nieve.
El gas metano,
que representa cerca del 80 % del gas natural que se usa para cocinar,
puede descomponerse en átomos de carbono
sobre un sustrato de cobre
a los 1000 °C en un ambiente de gas inerte.
Los átomos de carbono se unirán entre sí
y formarán anillos de carbono con estructura alveolar,
como en el grafito.
Puedo usar el isótopo de carbono para marcar el proceso de creado.
¿Pueden creer que el tamaño de un solo cristal de grafeno
sobrepasó unos cuantos milímetros,
lo que es un millón de veces más grande que el tamaño del átomo de carbono?
¿Pueden creer que esta muestra se hizo hace 6 meses,
y que la capa individual de grafeno aún puede proteger al cobre de la oxidación?
Los cristales de grafeno se harán cada vez más grandes,
y se conectarán con cristales de grafeno cercanos,
hasta formar una película continua.
Una vez que no queda más cobre desnudo,
la creación de grafeno se detendrá.
Finalmente, tendremos una película de grafeno de una capa y de alta calidad.
Con mi colega demostramos, por primera vez,
que la calidad de ese grafeno sintético
es tan buena como la del método de la cinta adhesiva;
sin embargo, es bastante más grande.
Para producir grafeno en masa y reducir su costo considerablemente,
se diseñó y construyó un horno más grande y mejor.
El horno tiene un tubo de cuarzo más grande,
y siempre mantiene una temperatura constante.
Una vez que se terminó la creación del grafeno,
lo único que tengo que hacer es separar el horno del tubo
y tomar la muestra de grafeno.
Y puedo comenzar el segundo ciclo de creación de grafeno de inmediato.
La eficiencia de la creación de grafeno de alta calidad
puede mejorar entre 10 a 20 veces,
y el consumo de energía será mucho más bajo.
Si construimos cientos de hornos más grandes,
la producción masiva de grafeno pronto será posible.
Acá hay una capa de grafeno en un sustrato transparente.
Puedo verlos a través de esta.
Pero tiene algo especial.
Es conductora
y flexible.
(Aplausos)
Imaginen todos los tipos de aplicaciones futuras con este grafeno.
Actualmente, el costo de este pequeño pedazo de grafeno
es de 1000 EUR.
Creo que el costo de este grafeno se reducirá a menos de 1 EUR
en unos años,
porque el material que usamos para producir grafeno,
como
el gas natural y la lámina de cobre,
son muy accesibles.
Todos tendremos acceso al grafeno en un futuro cercano,
y cumpliremos este sueño.
Recuerden que les dije que vamos a tener un mundo mejor.
Ahora, no puedo mostrarles las ventanas de vidrio transparente
que podrían generar electricidad,
y no puedo mostrarles la electrónica en mi ropa.
Pero puedo mostrarles algo que nunca han visto.
Acá hay un grafeno transparente con estructura de cables
sobre esta ala de polímero transparente.
El grafeno es tan especial
que cuando le aplicamos un pequeña cantidad de energía, se contrae.
Y el grafeno es tan fuerte que puede levantar
esta ala de polímero, que es mil veces más pesada,
e imitar el aleteo de un biorobot.
Miren lo que he hecho y logrado en estos pocos años.
Con ustedes involucrados con mi esfuerzo
de producir de forma masiva grafeno de alta calidad y en gran escala,
creo que juntos podemos hacer este sueño realidad.
Gracias.
(Aplausos)