Descubierto en una mancha de lápiz, ¿podría el grafeno ser el nuevo súper material que transforma la industria de las bicicletas?
A primera vista, el grafeno es un material simple. Es una sola capa de átomos de carbono de 0,3 nanómetros de espesor, un millón de veces más delgada que el papel de esta revista. Sin embargo, es 150 veces más resistente que el acero y un 20 % más elástico. Conduce la electricidad mejor que el cobre o el oro, a una velocidad de un millón de metros por segundo. Desprende calor rápido. Es transparente y totalmente impermeable, y debería tener el mismo impacto en el siglo XXI que tuvo la fibra de carbono en el siglo XX y el acero en el XIX. No es de extrañar que los dos científicos de materiales de la Universidad de Manchester que lo descubrieron en 2003, Andre Geim y Konstantin Novoselov, obtuvieran el Premio Nobel y el título de caballero por la vía rápida. Pero, ¿qué tiene esto que ver con las bicicletas?
Los primeros usuarios del grafeno
Empiezan a salir al mercado los primeros productos ciclistas que contienen grafeno. Vittoria usa grafeno en sus últimas llantas de carbono Qurano (ver página 20) y Catlike también lo usa en su casco Mixino de gama alta. El constructor de cuadros de carbono personalizado Richard Craddock de Craddock Cycles dice: "Hay mucho entusiasmo por el grafeno en este momento, pero estas son solo las primeras incursiones". Como todo material nuevo, aún no se conoce todo su potencial, pero lo más probable es que el máximo beneficio no sea como sustituto del carbono, sino como mejora. Lo usaría cuando esté probado.'
Paul Wiper, investigador asociado del Instituto Nacional de Grafeno de la Universidad de Manchester, dice: "El grafeno puede mejorar las propiedades mecánicas de un compuesto, ya que puede compartir la tensión cuando se agrega a la matriz de resina epoxi y hacerla más rígida". Sin embargo, hay que conseguir el equilibrio adecuado. Una gran cantidad de grafeno, digamos el 10 o 20% de la matriz, la haría realmente rígida pero también sería frágil.'
Actualmente, sus compañeros están perfeccionando el uso del grafeno en marcos de composite para la industria aeroespacial, y el fabricante español de automóviles Spania ya lo incluye en el chasis de su superdeportivo GTA. Entonces, ¿podrían ser los siguientes cuadros de bicicleta? "No hay ninguna razón por la que no pueda usarse en cuadros de bicicletas y estoy seguro de que alguien ya está trabajando en ellos", predice Wiper. Vittoria tiene tanta fe en el grafeno que ha puesto su dinero donde está su boca. “Cené hace cinco años con el fundador de Directa Plus, una de las primeras fábricas de grafeno en Europa, y se me ocurrió la idea de usar grafeno en nuestros productos”, dice el presidente de Vittoria, Rudie Campagne. ‘Entonces decidimos invertir en ellos, para estar a la vanguardia’.
Vittoria afirma que el uso de grafeno en las nuevas ruedas de carbono Qurano ha aumentado la resistencia de los orificios de los radios y la rigidez lateral de la llanta hasta en un 30 %. Pero, sobre todo, Campagne se entusiasma: "La disipación de calor mejorada del grafeno reduce la temperatura acumulada en la llanta [al frenar], manteniéndola muy por debajo del umbral en el que la fibra de carbono comenzaría a desintegrarse".'
Sin embargo, agregar grafeno al carbono no es tan simple como agregar azúcar al café. Directa Plus suministra grafeno a Vittoria en forma de "nanoplaquetas", que tienen un grosor de entre tres y siete átomos. "El gran desafío era lograr una dispersión casi perfecta de grafeno en el lote maestro de resina epoxi para las láminas de carbón preimpregnado", dice Campagne.
Rebanada de inspiración
‘La gente especuló durante décadas que el grafeno existía dentro de los alótropos de materiales de carbono como el grafito, el carbón y el diamante, pero nadie sabía cómo crearlo como una sola capa bidimensional,’ dice Wiper. En un momento de inspiración, Geim y Novoselov habían comenzado con una mancha de grafito cristalino, en realidad una marca de lápiz, que se compone de múltiples capas apiladas de grafeno, y con cinta adhesiva quitaron parte del grafito. Siendo curiosos, lo hicieron una y otra vez, hasta que finalmente aislaron una sola capa: grafeno puro. Luego lo probaron.
'Por lo general, cuando se hacen materiales cada vez más delgados, sus propiedades se deterioran', dice el propio Geim. "Pero con el grafeno descubrimos que las cosas solo mejoraron".
Laboratorios de todo el mundo ahora producen grafeno de muchas maneras, con diferentes purezas, tamaños de muestra y cantidades de lotes variables. Por ejemplo, Catlike dice que usa nanofibras para mantener la resistencia de sus cascos Mixino, que ahora son 10 g más livianos que los modelos anteriores. Otros lo están utilizando en forma de nanocintas, y Samsung y Sony afirman haber inventado formas de hacer láminas continuas. Sin embargo, lo que quizás sea sorprendente es que no es demasiado caro. Puedes comprar un kilo de nanoplaquetas por menos de 150€. A medida que se crean más versiones del material, es seguro que el uso de la palabra "grafeno" en el material de marketing creará confusión para los consumidores. Será complicado determinar si un producto que dice estar "mejorado con grafeno" realmente contiene el material submicroscópico, o si está haciendo algún bien. Es una escapatoria que los inescrupulosos podrían explotar.
'Un laboratorio podría probar el material para ver si funciona como se afirma, pero tendría que hacer una prueba química para asegurarse de que el grafeno está presente', dice Wiper. Y como el grafeno existe en la mayoría de las formas de carbono, incluso en el polvo de carbón, podría ser el infierno de la Ley de Descripción de Oficios. Pero en las manos adecuadas, su promesa para la industria del ciclismo es enorme. Los usos potenciales del grafeno incluyen la prevención de la corrosión en partes expuestas, como llantas, platos y radios, o, si se incrustan en componentes de carbono, las nanofibras de grafeno podrían conducir electricidad o incluso transferir datos. Eso reduciría el cableado para cambios electrónicos y computadoras para bicicletas. Alternativamente, podría formar galgas extensiométricas en bujes, bielas, pedales, platos o suelas de zapatos de carbono, donde sus nanofibras reducirían la complejidad y reducirían potencialmente el precio de los medidores de potencia.
Los nanodiamantes ya han sido recubiertos con grafeno para crear superlubricantes, que podrían eliminar casi toda la fricción de los cojinetes, y se prometen LED superbrillantes mejorados con grafeno para el próximo año. Un supercondensador de grafeno puede almacenar potencialmente más energía que cualquier batería existente, por lo que también serían posibles componentes de cambio electrónico sustancialmente más ligeros. Además, también se están realizando ensayos de incrustación de electrodos de grafeno en fibras de polipropileno, por lo que incluso existe cierto potencial para su futura inclusión en prendas de vestir. Es hipotético en esta etapa, pero podría haber un momento en el que su camiseta y pantalones cortos se vuelvan inteligentes, detectando su frecuencia cardíaca, presión arterial, temperatura, tasa de transpiración e incluso la actividad de músculos individuales. Realmente parece que sus usos y beneficios tienen pocos límites.
'El grafeno es obviamente tan nuevo que sus aplicaciones apenas comienzan a estudiarse', dice Campagne. “Tomará muchos años de estudio fundamental y aplicado para llegar a grandes mejoras nuevas de productos existentes o nuevas aplicaciones y refinamientos. El viaje apenas comienza.’
