Investigadores de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar) y de la Universidad de la Rep\u00fablica (Udelar), con sede en Montevideo, Uruguay, lograran transformar un compuesto puramente org\u00e1nico y no met\u00e1lico \u2013\u00a0el carbono grafito \u2013\u00a0en un im\u00e1n mediante un tratamiento qu\u00edmico de bajo costo. El nuevo material abre el camino a la fabricaci\u00f3n de dispositivos magn\u00e9ticos tales como sensores y detectores, usados en \u00e1reas que van de la ingenier\u00eda espacial hasta la medicina. Hasta ahora, solamente investigadores europeos hab\u00edan llegado a este logro, pero aplicando t\u00e9cnicas mucho m\u00e1s caras y complejas, como es el caso del m\u00e9todo desarrollado por un equipo de investigadores de Alemania, que recurri\u00f3 al bombardeo de un haz de protones generado por un reactor nuclear para producir el magnetismo en el grafito. “Adem\u00e1s de ser un proceso mucho m\u00e1s oneroso, complejo y todav\u00eda no totalmente explicado, el magnetismo que ellos obtuvieron es aproximadamente diez veces menor que el de nuestro carbono”, explica uno de los inventores, el ingeniero de materiales Fernando Manuel Ara\u00fajo-Moreira, docente del Departamento de F\u00edsica de la UFSCar, y coordinador de los trabajos en Brasil.<\/p>\n
La importancia de este invento radica en el hecho de que, durante mucho tiempo, la comunidad cient\u00edfica crey\u00f3 que un material magn\u00e9tico deber\u00eda obligatoriamente contener \u00e1tomos de elementos met\u00e1licos tales como el hierro, el cobalto y el n\u00edquel. La investigaci\u00f3n llevada a cabo por los cient\u00edficos de las universidades brasile\u00f1a y uruguaya demostr\u00f3 lo inverso, pues el grafito s\u00f3lo contiene \u00e1tomos de carbono. “Conferimos a arreglo de \u00e1tomos de carbono, que es el elemento base de todas las estructuras org\u00e1nicas, una nueva propiedad: el magnetismo”, dice Ara\u00fajo Moreira. La Fundaci\u00f3n del Apoyo Institucional de la UFSCar en el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INPI) deposit\u00f3 la patente del invento, que tiene cotitularidad de las dos universidades, y se denomina Proceso de preparaci\u00f3n de materiales graf\u00edticos magn\u00e9ticos y materiales as\u00ed preparados<\/em>. La lista de inventores incluye, adem\u00e1s de a Ara\u00fajo Moreira, a la doctoranda Helena Pardo y el docente \u00c1lvaro Mombr\u00fa, coordinador de los trabajos en Uruguay<\/p>\n El desarrollo del nuevo material ha repercutido tambi\u00e9n en el medio empresarial. Los investigadores de la UFSCar est\u00e1n en negociaciones con la empresa brasile\u00f1a Nacional de Grafite con sede en la ciudad de Itapecerica, Minas Gerais. Esta es la mayor f\u00e1brica mundial de grafito natural cristalino, con capacidad para producir 46 mil toneladas anuales, siendo que la mitad de la producci\u00f3n se les vende a clientes del exterior. “El acuerdo prev\u00e9 un aporte de alrededor de 300 mil reales para dar continuidad a nuestras investigaciones, ahora a escala industrial, teniendo en la mira las aplicaciones tecnol\u00f3gicas”, dice Ara\u00fajo Moreira.<\/p>\n Las investigaciones destinadas a la obtenci\u00f3n de materiales org\u00e1nicos con propiedades magn\u00e9ticas son muy recientes, y s\u00f3lo se iniciar\u00e1n en la d\u00e9cada pasada. Seg\u00fan el investigador de la UFSCar, hasta hoy en d\u00eda, cient\u00edficos de todo el mundo se preguntan si es posible producir un material puramente org\u00e1nico con propiedades magn\u00e9ticas, “Algunos grupos ya hab\u00edan conseguido sintetizar compuestos org\u00e1nicos dotados de magnetismo, pero s\u00f3lo en cantidades microsc\u00f3picas y con se\u00f1ales muy d\u00e9biles, lo que pon\u00eda en duda los resultados”, afirma Ara\u00fajo Moreira. “Nuestro equipo consigui\u00f3 fabricar cuant\u00edas macrosc\u00f3picas de grafito magn\u00e9tico, que aunque son muy peque\u00f1as, pueden verse a simple vista. Asimismo, este nuevo material es dotado de ferromagnetismo, una propiedad que le asegura una magnetizaci\u00f3n permanente y la capacidad de atraer metales. Otra prueba de ello es que es fuertemente atra\u00eddo por un im\u00e1n ubicado a alrededor de 10 cent\u00edmetros de distancia”, dice Ara\u00fajo.<\/p>\n El ferromagnetismo del grafito elaborado por los investigadores de la UFSCar y de la Udelar tiene tambi\u00e9n la ventaja de mantenerse estable a temperatura ambiente. Esto es importante, pues todos los magnetos obtenidos con base en carbono en el pasado s\u00f3lo presentan ferromagnetismo a baj\u00edsimas temperaturas, cercanas al cero absoluto (-273\u00b0C), lo que limitaba su campo de aplicaci\u00f3n. El material descubierto por los equipos de los docentes Mombr\u00fa y Ara\u00fajo-Moreira es estable con el correr del tiempo, pues contiene una se\u00f1al magn\u00e9tica que no sufre degradaci\u00f3n en el transcurso de meses. La muestra de 0,5 mil\u00edmetro cuadrado producida por los investigadores en mayo de 2004 continuaba con su magnetismo inalterable diez meses despu\u00e9s de su sintetizaci\u00f3n. Esta propiedad es fundamental para la construcci\u00f3n de dispositivos y equipamientos de gran durabilidad.<\/p>\n Si los resultados de la investigaci\u00f3n hecha en laboratorio tuvieran \u00e9xito tambi\u00e9n en escala industrial, el descubrimiento de un grafito con propiedades magn\u00e9ticas ha de inaugurar una nueva fase en la ingenier\u00eda de materiales. Como es un material, reci\u00e9n descubierto, todav\u00eda no se sabe exactamente en que podr\u00e1 aplic\u00e1rselo. Los investigadores creen que se lo emplear\u00e1 en un sinn\u00famero de dispositivos de alta tecnolog\u00eda, tales como sensores, actuadores (dispositivos que se trasladan en una l\u00ednea de producci\u00f3n de semiconductores o en mesas de an\u00e1lisis cl\u00ednicos, por ejemplo), detectores, al margen de equipamientos de los sectores aeroespacial, qu\u00edmico, electr\u00f3nico, de telecomunicaciones y biotecnol\u00f3gico.\u00a0Por ser, por ahora, el \u00fanico material magn\u00e9tico un 100% biocompatible, el grafito magn\u00e9tico tiene chances de utilizaci\u00f3n tambi\u00e9n en el \u00e1rea de medicina. “Los marcapasos y v\u00e1lvulas card\u00edacas funcionan con base en procesos magn\u00e9ticos, y un material un 100% org\u00e1nico, que no causa rechazo en el organismo humano, sumado al magnetismo, permitir\u00e1 hacer nuevos avances en estos aparatos”, dice Ara\u00fajo Moreira. “Adem\u00e1s, investigadores canadienses est\u00e1n empezando a investigar el uso del grafito magn\u00e9tico para el tratamiento del c\u00e1ncer.”<\/p>\n El estudio ha tenido una buena repercusi\u00f3n, y se ha aceptado su publicaci\u00f3n en el mes de marzo en la revista cient\u00edfica Physical Review B – Rapid Communications<\/em>. “Si queda comprobado que los resultados son reproductibles y que la muestra no contiene impurezas de hierro, \u00e9ste ser\u00e1 un gran descubrimiento en el \u00e1rea de la ciencia de materiales”, dijo la investigadora rusa Tatiana Makarova, de la Universidad Umea, Suecia, considerada una de las m\u00e1s grandes cient\u00edficas en el \u00e1rea de carbono magn\u00e9tico. “Las diferencias entre el carbono magn\u00e9tico producido por el equipo dirigido por el docente Ara\u00fajo Moreira y otros materiales similares radican en la amplitud del efecto magn\u00e9tico del primero y en el hecho de que su m\u00e9todo de producci\u00f3n es barato”, dice Tatiana.<\/p>\n El pr\u00f3ximo desaf\u00edo de los cient\u00edficos consiste en demostrar que es posible producir carbono magn\u00e9tico con las mismas caracter\u00edsticas \u2013\u00a0se\u00f1al fuerte a temperatura ambiente y estable con el correr del tiempo \u2013\u00a0en grandes cantidades, y desarrollar un proceso industrial. En el marco de las negociaciones con la empresa Nacional de Grafite est\u00e1 tambi\u00e9n previsto un trabajo conjunto que se presentar\u00e1 ante las agencias de fomento a la investigaci\u00f3n con el objetivo de desarrollar soportes para catalizadores elaborados con base en el carbono magn\u00e9tico. Estos soportes se usar\u00edan para acelerar reacciones qu\u00edmicas generadoras de productos qu\u00edmicos.<\/p>\n Sencillo y econ\u00f3mico La producci\u00f3n en laboratorio se lleva a cabo en un horno con atm\u00f3sfera controlada, donde se colocan dos crisoles (recipientes cer\u00e1micos que soportan altas temperaturas), uno de ellos con grafito comercial en polvo y otro con un \u00f3xido de un metal, como por ejemplo, el de cobre (CuO). El horno se mantiene caliente a 1.200\u00b0C durante entre 12 y 16 horas. A esta temperatura, el \u00f3xido de cobre se descompone y se reduce a cobre met\u00e1lico. El ox\u00edgeno liberado por \u00e9ste provoca la oxidaci\u00f3n controlada del grafito e introduce en su estructura peque\u00f1os defectos en forma de cavidades, que, seg\u00fan suponen los investigadores, son responsables de dotar de propiedades magn\u00e9ticas al mineral. “En realidad, el origen del fen\u00f3meno de magnetismo en esos materiales todav\u00eda no ha sido totalmente dilucidado”, dice Ara\u00fajo Moreira. El investigador apunta que los datos m\u00e1s recientes obtenidos por medios de simulaciones en computadora indican la aparici\u00f3n de un fuerte ferromagnetismo como consecuencia de la falta de \u00e1tomos de carbono en la estructura at\u00f3mica t\u00edpica del grafito. La simulaci\u00f3n retira un \u00e1tomo del carbono, que as\u00ed se vuelve magn\u00e9tico. En el laboratorio, probablemente, esta ausencia de \u00e1tomos de carbono en la estructura del grafito se logra por medio de un ataque qu\u00edmico.<\/p>\n El descubrimiento del nuevo material es el resultado de tres a\u00f1os de intensas investigaciones. “Todo empez\u00f3 en 2001, durante el posdoctorado del investigador uruguayo \u00c1lvaro Mombr\u00fa en el Departamento de F\u00edsica de la UFSCar, bajo mi supervisi\u00f3n. Fue all\u00ed que naci\u00f3 la idea de estudiar las propiedades f\u00edsicas y qu\u00edmicas del grafito, de lo cual deriv\u00f3 el descubrimiento del proceso qu\u00edmico que llev\u00f3 a la obtenci\u00f3n del grafito magn\u00e9tico”, recuerda Ara\u00fajo Moreira. En aquel a\u00f1o, la revista de divulgaci\u00f3n cient\u00edfica norteamericana Nature public\u00f3 un art\u00edculo que mostraba la posibilidad de fabricar una variante de carbono puro magn\u00e9tico. La tercera integrante del equipo, la qu\u00edmica uruguaya Helena Pardo, lleva adelante actualmente su doctorado en el Instituto de F\u00edsica de las Facultades de Qu\u00edmica de la Universidad de la Rep\u00fablica de Montevideo, Uruguay, bajo la doble direcci\u00f3n de tesis de Ara\u00fajo Moreira y Mombr\u00fa.<\/p>\n Caracterizaci\u00f3n detallada Adem\u00e1s de los ex\u00e1menes de laboratorio que demostraron la efectividad del m\u00e9todo qu\u00edmico, la muestra fue sometida a un an\u00e1lisis qu\u00edmico con un espectrofot\u00f3metro de absorci\u00f3n at\u00f3mica que verific\u00f3 la pureza del material, constatando la ausencia en niveles indeseables de cualquier impureza met\u00e1lica ferromagn\u00e9tica: de hierro, cobalto o n\u00edquel. Un examen complementario de mocroscop\u00eda electr\u00f3nica de barrido confirm\u00f3 la existencia de estas cavidades en el grafito, provocadas por el ataque qu\u00edmico. Por fin, observaciones realizadas con microscopios de fuerza at\u00f3mica y de fuerza magn\u00e9tica mostraron, en im\u00e1genes bi y tridimensionales, la existencia de senderos magn\u00e9ticos en el grafito, caracter\u00edsticas de los metales ferromagn\u00e9ticos, materiales que atraen metales.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un equipo de investigadores brasile\u00f1os y uruguayos desarrolla un grafito que tiene propiedades magn\u00e9ticas","protected":false},"author":23,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[],"coauthors":[116],"class_list":["post-80293","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/80293","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/23"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=80293"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/80293\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=80293"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=80293"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=80293"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=80293"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
\n<\/strong>Para fabricar el grafito magn\u00e9tico, el profesor Ara\u00fajo Moreira y sus colegas recurrieron a un proceso in\u00e9dito, diferente a todo lo que ya se hab\u00eda hecho hasta entonces. “Se trata de un m\u00e9todo muy sencillo, basado en un proceso qu\u00edmico controlado de oxidaci\u00f3n-reducci\u00f3n (redox) en la fase de vapor, que por ser econ\u00f3mico al utilizar reactivos comerciales de bajo costo, permitir\u00e1, en el futuro, su fabricaci\u00f3n y comercializaci\u00f3n por parte de peque\u00f1as empresas.”<\/p>\n
\n<\/strong>Para cerciorarse de que el material producido ten\u00eda realmente caracter\u00edsticas \u00fanicas, el equipo someti\u00f3 a la muestra a una extensa bater\u00eda de pruebas, realizadas en el Laboratorio de Semiconductores del Departamento de F\u00edsica de la UFSCar, en el marco de trabajo realizado por el investigador Giovanni Zanelato, y en el Laboratorio Interdisciplinario de Electroqu\u00edmica y Cer\u00e1mica (Liec), con el profesor \u00c9dson Leite, de la UFSCar, contando adem\u00e1s con la colaboraci\u00f3n del docente Oscar Ferreira de Lima, del Laboratorio de Materiales y Bajas Temperaturas (LMBT) del Instituto de F\u00edsica de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). El experimento realizado en este \u00faltimo laboratorio, hecho con un magnet\u00f3metro Squid (Superconducting Cuantum Interference Device, o Dispositivo Superconductor de Interferencia Cu\u00e1ntica) midi\u00f3 la variaci\u00f3n de la magnetizaci\u00f3n del material con la temperatura. Este ensayo demostr\u00f3 que el grafito sigue siendo magn\u00e9tico hasta los 80\u00b0C.<\/p>\n