científicos de stanford simplifican el proceso

La ciencia de convertir el grafito en diamante

El carbono es la base del grafito y del diamante, y sin embargo ambos materiales no podrían ser más distintos. ¿Puede transformarse uno en otro?

Foto: La ciencia de convertir el grafito en diamante

El carbono es uno de los elementos químicos más omnipresentes de nuestro planeta, y todos recordamos (o deberíamos) cuando en las primeras y más simples lecciones de química que recibimos en el colegio nos explicaron que tanto la mina de grafito de nuestro lapicero como los preciosos diamantes que se podían ver en el escaparate de una joyería están en realidad formados por lo mismo: átomos de carbono.

Átomos que sin embargo se distribuyen de forma distinta y ahí está la diferencia. En el grafito, los átomos de carbono se organizan en láminas planas unidas entre sí por fuerzas débiles y que se deslizan unas sobre otras con facilidad, motivo por el que se desgasta con el rozamiento y sirve para escribir. En el diamante, sin embargo, los átomos de carbono están fuertemente unidos entre ellos por enlaces covalentes en todas direcciones, por eso es extremadamente duro y tiene propiedades eléctricas, ópticas y químicas muy útiles que lo hacen una materia prima muy valiosa no solo como objeto de lujo sino por sus aplicaciones industriales.

Puesto que los ingredientes para cocinar ambas sustancias son los mismos (de hecho, el mismo, el mencionado carbono), los científicos buscan formas de convertir uno en otro. Sobre todo, el grafito en diamante. Al revés, obviamente, la cosa tiene menos gracia.

Una transformación que es perfectamente posible… pero costosa. Puesto que el grafito es altamente estable, hay que aplicar una presión aproximada a 150.000 veces la presión atmosférica para convertirlo en diamante. Con esta perspectiva, es casi más barato y más práctico comprar un diamante que fabricarlo.

Grafeno e hidrógeno para 'hacer' diamantes

Pero eso podría cambiar, ya que un equipo de la Universidad de Stanford ha dado con otra fórmula, aplicable a nanosescala, que permitiría modificar el grafito para que su estructura sea como la del diamante sin utilizar presión, de una forma más sencilla y con menos costes. Y el truco es añadirle otro elemento químico muy común: el hidrógeno.

Para su investigación, los científicos colocaron cuatro capas de grafito (cada una de ellas, por separado, es lo que llamamos grafeno) sobre un sustrato de platino, e hidrogenaron (rociaron con hidrógeno) la capa superior. “Con la ayuda de radiación X intensa y con unos cálculos teóricos adicionales, el quipo determinó cómo el hidrógeno impactaba sobre la estructura en capas”, explican en el artículo publicado en la revista de la universidad.

“Nuestro estudio demuestra que la hidrogenización del grafeno podría ser un nuevo proceso para sintetizar láminas ultrafinas de estructura igual a la del diamante sin aplicar presiónLo que ocurrió es que ese elemento comenzaba una reacción en cadena, con cambios estructurales que se propagaban desde la superficie hacia las capas inferiores, transformando la estructura inicial del grafito, de capas planas de carbono, en otra en la que los átomos de carbono se distribuyen igual que en el diamante. 

 “Nuestro estudio demuestra que la hidrogenización del grafeno podría ser un nuevo proceso para sintetizar láminas ultrafinas de estructura igual a la del diamante sin aplicar presión”, explica Sarp Kaya, investigador de la Universidad de Stanford y director de la investigación.

Un descubrimiento casual

Un descubrimiento que fue en cierto modo casual. El objetivo principal de la investigación era comprobar si añadiendo hidrógeno al grafeno lo transformaba de forma que se pudiese emplear en transistores, la base sobre la que se construyen los dispositivos electrónicos. Esperaban encontrar un sustituto de alta eficiencia para el silicio. Sin embargo, descubrieron que lo que hacía era crear enlaces entre el grafeno y el platino sobre el que éste se encontraba.

Estos enlaces son fundamentales para el efecto dominó. “Para que el proceso sea estable, el sustrato de platino tiene que unirse a las capas de carbono más cercanas. El potencial del platino para crear estas uniones determina la estabilidad final de las capas de diamante”.

Hay que aclarar que este sistema no produciría diamantes como los que se engastan en una joya, pero sí materiales con la misma estructura que tendrían importantes usos industriales, como filos para cortar materiales duros, o científicos, en sensores electroquímicos. En cualquier caso, esto es solo un primer paso. Son necesarias más investigaciones para estudiar todo el potencial del descubrimiento. 

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