Laboratorio nacional de Materiales Grafénicos (LNMG), Conahcyt

Fecha: 30 de Junio de 2023

Edición: Junio 2023 No. 35

El LNMG (https://www.lnmg.mx/) se constituyó en el año 2014, es uno de los múltiples laboratorios nacionales creados por el Conahcyt a inicios del sexenio 2012-2018 para la investigación y aplicación del material bidimensional grafeno [1,2], un material orgánico con propiedades fascinantes como conductor eléctrico y de calor, transparente, alta resistencia mecánica en capas finas, etc. El grafeno y sus derivados están teniendo aplicaciones en diversas áreas del conocimiento humano, entre ellas, la electrónica, la industria automotriz, la medicina y la energía.

Participan, directamente, 4 Centros Públicos (CPIs) del Conahcyt: CIQA (Coahuila; sede, Coordinador General: Salvador Fernández Tavizón, CIMAV (Chihuahua), CIDETEQ (Querétaro) y el CIO (Guanajuato); e indirectamente, múltiples instituciones con las que sus miembros colaboramos entrelazadamente. La visión de este Laboratorio es contribuir al estudio, entendimiento y aplicaciones del grafeno y sus derivados, a nivel nacional como internacional.

Grafeno: breve historia y particularidades

En el año 2004 se obtuvo un asombroso material:

El grafeno; Andre Geim y Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester (Reino Unido), fueron galardonados en 2010 con el Premio Nobel de Física por sus experimentos fundamentales sobre el grafeno [1,2]. Al igual que el grafito y diamante, el grafeno se encuentra formado por átomos de carbono, pero organizados de forma diferente: tiene una estructura bidimensional (2D) tipo panal de abeja de una monocapa de átomos de carbono (Fig. 1a). Presenta características muy interesantes: a) una elevada transparencia óptica, b) es hasta 200 veces más resistente que el acero, c) su dureza es mayor a la del diamante, d) es un material flexible y más ligero que el aluminio, e) es un excelente conductor térmico y eléctrico, f) es biocompatible [1,2]. Pero, el grafeno no se encuentra en forma natural, es necesario fabricarlo, podría decirse que el grafeno es el núcleo base del grafito, que se encuentra, por ejemplo, en minas para lápices (Fig. 1b). En el grafito varias hojas de grafeno se disponen paralelamente e interactúan entre sí; para tener grafeno deben romperse dichas interacciones, proceso llamado exfoliación.



Aplicaciones tecnológicas

En electrónica: Tabletas, celulares y pantallas, logrando que estos dispositivos sean más delgados, flexibles, ligeros y resistentes. En baterías grafénicas para automóviles que serían más ligeras y duraderas que las tradicionales de litio; serían más rápidas de cargar, así como más económicas y duraderas. Sector salud: Tiene propiedades antibacterianas; también, debido a que es altamente compatible con el cuerpo humano, se prevé utilizarlo en la fabricación de prótesis. Se analizan los biosensores para el control de procesos metabólicos, por ejemplo, detección de la glucosa y el ácido úrico: Dos de las enfermedades de mayor impacto negativo sobre la salud son la diabetes y la gota/hiperuricemia. Enenergía ha sido utilizado para la fabricación de dispositivos de opto-electrónica orgánica e híbrida, como las celdas solares [3-7]. Ver Fig. 1c).



Contribuciones institucionales del LNMG

Se ha trabajado en la síntesis y escalamiento de derivados funcionalizados y óxidos grafénicos, sensores electroquímicos y bioquímicos, sistemas de almacenamiento electroquímico de energía y energía renovable usando derivados grafénicos en celdas solares de tercera generación (orgánicas y de perovskita). Asimismo, tener no sólo resultados científicos en el área, sino prototipos varios, tendrá un impacto social positivo, presente y a medianoplazo, pues permitirá mejorar los sistemas de tratamiento médico, de generación y almacenamiento de energía, de mejora medioambiental, etc. La importancia y relevancia de este LNMG quedaron reconocidas a través de la re-acreditación, sin condicionamiento alguno en el año 2022, proceso exhaustivo llevado a cabo por Conahcyt: Convocatoria 2021. Logros y entregables concretos, así como la contribución social, pueden verse en:
https://www.lnmg.mx/vinculacion (véanse también las secciones de Divulgación y Servicios).

Referencias
[1] A. K. Geim, P. Kim. Grafeno, Investigación y Ciencia. 32, (2017).
https://www.investigacionyciencia.es/revistas/especial/grafeno-y-nanotubos-725/grafeno-180
[2] Marzo del 2019: “El mundo del grafeno, el llamado material del futuro”
http://www.cyd.conacyt.gob.mx/?p=articulo&id=461
[3] Diciembre del 2021, Crónica: “La luz, óptica y fotónica: Tecnología óptica actual”
https://www.cronica.com.mx/academia/luz-optica-fotonica-tecnologia-optica-actual.html
[4] Junio del 2020: “Energías renovables”
https://www.elsoldemexico.com.mx/analisis/energias-renovables-5354324.html
[5] D. Romero-Borja, et al. “Organic solar cells based on graphene derivatives and eutectic alloys vacuum-free deposited as top electrodes”. Carbon 134, 301 (2018);
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.03.083
[6] Y. Fernández-Arteaga, et al. “Solution processable graphene derivative used in a bilayer anode with conductive PEDOT:PSS on the non-fullerene PBDB-T:ITIC based organic solar cells” Solar Energy 225, 656 (2021);
https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.07.049
[7] A. Guerra-Him, et al. “Implementation of an alternative graphene-based electrode” J. Mater Sci: Mater Electron 34, 513 (2023);
https://doi.org/10.1007/s10854-023-09901-x