P. Rico-Pugna internacional por las patentes de productos derivados del grafeno

Por Rafael Santiago Medina

San Juan, 11 oct (INS).- Un fracatán de investigaciones acerca del grafeno demuestra que el mundo vive una auténtica competencia global por este material con múltiples usos, que podría conducir a una nueva revolución industrial.

Los últimos datos demuestran que desde 2007 se ha producido un notorio aumento en el número de patentes registradas en relación con distintos aspectos del grafeno, con un agudo repunte en el último año.

China lidera la carrera al ser el país con más patentes, mientras en el ámbito empresarial, el gigante surcoreano de la electrónica, Samsung, es la empresa con más registros a su nombre.

Así lo revela un informe publicado por la firma consultora de patentes CambridgeIP, con sede en Reino Unido.

El grafeno fue identificado en 2004 y consiste en una única capa de átomos de carbono que lo convierten en el material más fino jamás creado.

Los primeros trabajos realizados sobre este material, llevados a cabo por los dos científicos rusos de la Universidad de Manchester, Andrei Geim y Konstantin Novosolev, les valieron un premio Nobel de Física en 2010 y dos títulos de caballero concedidos por la corona británica.

Las particulares propiedades del grafeno abren todo un mundo de posibilidades y aplicaciones, desde el campo de la informática hasta el sector energético o la medicina.

Es más duro que el diamante, con mayor conductividad eléctrica que el cobre y tan flexible como el caucho, por lo que no es de extrañar que sea el objeto de una batalla global por explotar sus propiedades y desarrollar técnicas para su comercialización.

Su diversidad de uso va desde pantallas táctiles, material para Chalecos a prueba de balas, cámaras fotográficas y baterías mejoradas de carga eléctrica de mayor durabilidad, tanto como aplicaciones en la medicina.

El grafeno es una sustancia compuesta por carbono puro, con átomos organizados en un patrón regular hexagonal, parecido al grafito. Es un material casi transparente. Una lámina de un átomo de espesor es unas 200 veces más resistente que el acero actual más fuerte, siendo su densidad más o menos la misma que la de la fibra de carbono, y unas cinco veces más ligero que el aluminio.

Los físicos Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov recibieron el Premio Nobel de Física en 2010 por sus revolucionarios descubrimientos acerca de este material.

Las propiedades del grafeno son ideales para utilizarlo como componente de circuitos integrados. Está dotado de alta movilidad de portadores, así como de bajo nivel de «ruido». Ello permite que se le utilice como canal en transistores de efecto campo (FET). La dificultad de utilizar grafeno estriba en la producción del mismo material en el sustrato adecuado.

En diciembre de 2008, IBM anunció que habían fabricado y caracterizado transistores que operaban a frecuencias de 26 gigahercios (GHz).23 En febrero de 2010, la misma empresa anunció que la velocidad de estos nuevos transistores alcanzó los 100 GHz.24 En septiembre de 2010 se alcanzaron los 300 GHz.25

Publicaciones especializadas reseñan en artículos atributos a esta estructura de carbono cualidad de «panacea universal» en la tecnología para reemplazo de dispositivos de silicio por grafeno.

No obstante, hay personas en la comunidad científica que sostienen que el grafeno nunca reemplazará completamente al silicio. Simplemente, hará algunas cosas que el silicio no puede hacer.

Investigadores de la Universidad de Cambridge lograron que el grafeno fuera capaz de captar una gran cantidad de luz, lo que se puede utilizar en la creación de cables de fibra óptica muy veloces que se benefician de otra de las propiedades del material: los electrones se desplazan rápidamente en él. Así, se prometen cables de grafeno que podrían mover información cientos de veces más rápido que uno actual, lo que podría implementarse en el área de las telecomunicaciones para la instalación de redes más veloces, aumentando así la capacidad y rapidez de internet, la telefonía móvil y en definitiva, todas las comunicaciones que se llevan a cabo sobre nuestro planeta.

Quizás uno de los descubrimientos más emocionantes es el relacionado al campo de los acumuladores eléctricos, donde hoy en día la tecnología permite dispositivos que funcionan durante pocas horas hasta requerir de una carga eléctrica que puede durar otras varias horas, degradando la experiencia de uso en teléfonos móviles, tabletas y computadoras portátiles.

Pantallas táctiles flexibles

Al ser capaz de conducir electrones de muy buena forma casi sin calentarse en el proceso, investigadores de la Universidad de Texas y la Universidad de Corea del Sur descubrieron que una lámina de grafeno puede usarse en el desarrollo de pantallas táctiles, aprovechando el hecho de que una lámina de grafeno puede ser totalmente transparente, ideal para colocar por sobre un panel de píxeles sin disminuir el brillo de su retroiluminado. Además, esa delgada lámina de grafeno sensible a la conducción eléctrica y que captaría nuestros toques puede ser muy flexible, aportando a lo que podrían ser futuras pantallas táctiles flexibles, lo que bien podría acompañarse de la tecnología OLED flexible para el desarrollo de esta clase de tecnología.

Auriculares y altavoces más que profesionales

Qin Zhou y Alex Zettl, dos científicos de la Universidad de California, se han propuesto revolucionar el mercado del audio gracias a sus auriculares y altavoces de grafeno. La idea es crear un diafragma hecho de grafeno que se coloque en medio de dos electrodos, tras lo cual el grafeno vibra y produce sonido.

Según los investigadores, sin mucho trabajo posterior para “afinar” los auriculares y darles un tratamiento especial, se consiguió un sonido a la par de productos actuales de alta calidad. Y como el diafragma de grafeno utiliza una lámina que es muy delgada, el tamaño y peso del producto también puede ser muy reducido, por lo que podrían crearse auriculares de alta calidad que al mismo tiempo sean muy pequeños y livianos.

Cámaras fotográficas mucho más sensibles

Por su parte, investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur lograron fue crear un sensor hecho de grafeno, aumentando la sensibilidad del dispositivo unas mil veces en relación a las tecnologías actuales CMOS o CCD. De este modo, los sensores utilizados en cámaras profesionales y compactas, permiten mejores capturas en condiciones de poca luz y en general para cualquier ocasión. Además, estos nuevos sensores de grafeno consumen diez veces menos energía y son cinco veces más económicos de producir en masa que los convencionales.

Aplicación en medicina

Un equipo de científicos de la Universidad de Mánchester ha demostrado que el óxido de grafeno, una forma modificada del grafeno, actúa como agente anticancerígeno que se dirige directamente a las células cancerosas. Gracias a esto el grafeno podría ser usado para disminuir tumores y prevenir la propagación del cáncer. Este descubrimiento sigue siendo estudiado.

El tratamiento actual contra el cáncer consiste en eliminar las células de la zona afectada, tanto las cancerígenas como las que no lo son. Con la ayuda del grafeno se podrían eliminar solo las células malignas, causando menos efectos secundarios en el paciente.

Desalinización del agua

Está en fase de investigación el uso de una lámina de grafeno con poros de 1.8 nm para sustituir las membranas en el proceso de ósmosis inversa para la desalinización del agua. Sus agujeros son tan pequeños que las moléculas de agua pueden pasar, pero no las de la sal. Según las investigaciones actuales se obtendrían eficiencias mucho mayores que con las membranas actuales, y se tendrían requerimientos menores de energía. En el estado actual, el inconveniente es el costo de las membranas de grafeno, pero se espera que en el futuro estos costos podrán ser reducidos.

La guerra de patentes

Un primer paso para que el grafeno sea rentable son las patentes, ya que es un material que todavía no ha dado el salto desde el laboratorio a usos prácticos.

China es el país del mundo con más patentes del nuevo material.

Las instituciones chinas poseen la mayoría de las patentes, seguidas por Estados Unidos, lo que hace evidente la determinación de ambas potencias por capitalizar el futuro valor de este material de múltiples aplicaciones.

Curiosamente Reino Unido, país pionero en la investigación del grafeno con sus trabajos de 2004, apenas cuenta con poco más de medio centenar de patentes, lo que ha llevado al ministro de Ciencia, David Willetts, a identificar este material como “prioridad de investigación nacional”.

A nivel corporativo, la compañía Samsung iba a la delantera, con un total de 407 patentes hace unos años, seguida de la estadounidense IBM con 134.

Sin embargo, uno de los pioneros en estudiar este material, el profesor Geim, afirmó que muchas empresas occidentales carecen de la capacidad para impulsar estas investigaciones. INS

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