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COLABORACIÓN

El grafeno y sus desafíos

La Universidad Mackenzie trae a Brasil a un científico brasileño radicado en el exterior e invierte en la instauración de un nuevo centro de investigación

El proyecto del edificio que albergará al MackGraphe

Archivo MackGraphe El proyecto del edificio que albergará al MackGrapheArchivo MackGraphe

El primer centro de estudios dedicado al grafeno en el país congregará en São Paulo a científicos con reconocida experiencia internacional en ese campo. La Universidad Presbiteriana Mackenzie inaugurará en julio de 2014 su Centro de Investigaciones Avanzadas en Grafeno, Nanomateriales y Nanotecnología (MackGraphe), que contará con inversiones por 20 millones de reales tan sólo para la construcción del edificio, de 4,230 metros cuadrados (m2) que será sede de los laboratorios, en el barrio de Consolação, en el centro de São Paulo. Allí se realizarán las investigaciones del proyecto temático Grafeno: fotónica y optoelectrónica, un convenio entre la Universidad Mackenzie y el Centro de Investigación del Grafeno de la Universidad Nacional de Singapur, en el que la FAPESP invertirá 9,8 millones de reales.

El proyecto, que comenzó en abril de este año, forma parte del programa São Paulo Excellence Chairs (Spec) de la Fundación, que apunta a establecer colaboraciones entre instituciones del estado de São Paulo e investigadores de alto nivel que trabajan fuera del país. En el marco de ese programa, el investigador permanece vinculado con su institución de origen y se compromete a coordinar el proyecto y permanecer en Brasil durante al menos 12 semanas a lo largo de cada uno de los cinco años mínimos de duración. En ese período, colaborará con investigadores de la institución anfitriona en la dirección de un grupo de becarios de la FAPESP, integrado por posdoctores, doctores y alumnos de iniciación científica. El programa Spec del grafeno es coordinado por el físico brasileño Antonio Hélio de Castro Neto, docente de la Universidad de Boston, en Estados Unidos, y director del centro de Singapur desde 2010.

Los investigadores de la Universidad Mackenzie ya utilizan el espectrómetro Raman, adquirido por la FAPESP

Eduardo CesarLos investigadores de la Universidad Mackenzie ya utilizan el espectrómetro Raman, adquirido por la FAPESPEduardo Cesar

Más allá de las discusiones casi diarias con los investigadores del MackGraphe que se encuentran en Singapur, Castro Neto permanece en contacto semanal con investigadores de aquí, a través de internet, con el objetivo de verificar cotidianamente la evolución del proyecto.

Entre los objetivos de la iniciativa se encuentran la realización de la síntesis artificial del grafeno, la caracterización del material producido y la construcción de dispositivos optoelectrónicos aplicables al sector de las comunicaciones ópticas. “Contemplamos que en un futuro no muy distante el MackGraphe lidere la investigación en el área de la optoelectrónica del grafeno”, dice Castro Neto, quien desde 1991 vive en Estados Unidos, donde realizó el doctorado en física en la Universidad de Illinois y el posdoctorado en el Instituto de Física Teórica, en Santa Bárbara. Castro Neto resultó fundamental para que el MackGraphe se convirtiera en una realidad. El físico Eunézio Antônio Thoroh de Souza, docente de la Universidad Mackenzie y responsable del centro, se lo presentó al rector de la universidad, el ingeniero Benedito Guimarães Aguiar Neto, durante un viaje a Singapur. De ese encuentro surgió la idea de crear en Brasil un centro hermano de aquél que coordinaba el profesor Castro Neto.

Las investigaciones se realizan provisoriamente en laboratorios de física e ingeniería de la Universidad Mackenzie, con muestras de grafeno cedidas por el equipo de Castro Neto. Cuando se termine el edificio del MackGraphe, los investigadores podrán producir grafeno, un material flexible, impermeable, extremadamente resistente y con capacidad para conducir la electricidad 100 veces mejor que el cobre. Se lo aisló por primera vez en 2004, y les rindió a los investigadores rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, el Premio Nobel de Física en 2010.

Castro Neto, coordinador del proyecto temático: nuevos vínculos con São Paulo

Archivo PersonalCastro Neto, coordinador del proyecto temático: nuevos vínculos con São PauloArchivo Personal

A este material se lo considera estratégico para el desarrollo de una nueva era en la electrónica, que podría conducir al surgimiento de computadoras cuánticas, más pequeñas y veloces. También presenta potencial para su aplicación en la construcción de dispositivos de cristal líquido, con electrodos elaborados con grafeno, que podrían utilizarse para la fabricación de televisores y monitores para computadoras. “Nuestro objetivo ha sido establecer colaboraciones nacionales e internacionales”, relata Thoroh. Eso incluye el intercambio de científicos y estudiantes. “Contamos con dos investigadores en Singapur y otros dos de ellos visitándonos aquí”, dice Thoroh, citando también a dos posdoctores mexicanos, dos indios y un alumno de doctorado de Colombia que pasan temporadas en Brasil.

El momento justo
El rector Aguiar Neto resalta la importancia estratégica del grafeno. “El país perdió la carrera del silicio, la principal materia prima para la fabricación de chips y otros componentes de la industria electrónica”, dice. “Queremos aprovechar el momento del grafeno”. Y comenta que uno de los convenios más prometedores es el que se suscribirá con la Texas Tech University, de Estados Unidos, donde se está desarrollando una nueva técnica de exfoliación, un procedimiento mediante el cual se obtiene grafeno a partir del grafito.

Los físicos Andre Geim y Konstantin Novoselov obtuvieron el grafeno por medio de exfoliación, valiéndose de una cinta adhesiva y una placa de grafito, el mismo material que se utiliza para fabricar lápices. Con ese proceso, los rusos lograron producir una lámina cristalina de átomos de carbono dispuestos en red, en forma hexagonal, con tan sólo un átomo de espesor.

Aunque el proceso es muy conocido, su aplicación no permite la producción del grafeno en grandes cantidades.

El método con el cual se está ensayando para producir el grafeno en escala industrial es el CVD (chemical vapor deposition), que en Brasil lo desarrolla la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG). “Mediante esa técnica, obtuvimos un vapor de átomos de carbono que, cuando se depositan sobre un sustrato de cobre, forman una película de grafeno sobre ese material”, explica el físico Marcos Pimenta, docente de la UFMG y coordinador del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (INCT) en Nanomateriales de Carbono.

El MackGraphe tiene interés en desarrollar este proceso; por eso Pimenta fue invitado a formar parte del proyecto. “El profesor Marcos Pimenta inició la investigación con nanocarbonos en el país hace 15 años. No se puede hablar de nanotubos, que en realidad están hechos de grafeno enrollado en forma de cilindros, sin citar a la UFMG”, dice Thoroh. La FAPESP le concedió a Pimenta una beca para trabajar durante el segundo semestre de 2013 como profesor visitante en la Universidad Mackenzie, para impartir cursos de capacitación y colaborar también en la organización del nuevo centro de investigación. La fundación también financió la adquisición del espectrómetro Raman, un dispositivo alemán con un costo de 700 mil reales, indispensable para investigar las propiedades electrónicas del grafeno.

“El MackGraphe es sólo el comienzo. Si el país quiere convertirse en un líder mundial debe invertir fuerte, tal como hicieron los europeos, y establecer una política a largo plazo para esa tecnología”, remarca Castro Neto. A juicio de Pimenta, el hecho de que Brasil cuente con personal calificado, que ya venía trabajando con nanotubos, lo habilita para participar en la carrera tecnológica en el área. “Vamos logrando acompañar la evolución en relación con el grafeno desde su descubrimiento. Y ahora contamos con una cierta inserción internacional en ese campo de investigación”, subraya el investigador.

Proyecto
Grafeno: fotónica y optoelectrónica: colaboración UPM-NUS (2012/ 50259-8); Modalidad Programa São Paulo Excellence Chairs (Spec); Coords. Antônio Hélio de Castro Neto – Universidad de Boston y Centro de Investigación del Grafeno de la Universidad Nacional de Singapur; Inversión R$ 9.763.230,09 (FAPESP).

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