Salí del despacho, dispuesto a irme a casa; vi la puerta de arqueometría abierta y entré a despedirme. Ana Cros estaba en la mesa central, leyendo un libro de física del estado sólido, la asignatura que impartirá el curso que viene. Después de contarme, entusiasmada, que el libro le parecía muy bueno, me dijo que tenía una muestra de grafeno. Fuimos a la pequeña sala donde está el equipo de medida y me la enseñó: un disco brillante de un substrato con el grafeno depositado: una capa de átomos de carbono de un átomo de espesor: el nuevo material del que están hechos los sueños de muchos investigadores…

El grafeno, al igual que el diamante y el grafito, está constituido por átomos de carbono. La diferencia entre ellos está en la disposición de esos átomos unos con respecto a otros. En el caso del diamante, cada átomo de carbono está unido por enlaces covalentes a otros cuatro átomos de carbono que se disponen en los vértices de un tetraedro centrado en el primer átomo. Esta disposición da lugar a una red tridimensional de átomos de carbono unidos entre ellos por enlaces fuertes. En el caso del grafito tenemos capas de átomos de carbono dispuestas una encima de otra, unidas por enlaces débiles. En las capas, cada átomo de carbono está unido por enlaces covalentes a tres átomos de carbono que se sitúan en los vértices de un triángulo equilatero centrado en el primer átomo. En el grafeno tenemos una de esas capas de átomos que existen en el grafito aislada, depositada sobre un material. De hecho, los descubridores del grafeno partieron de grafito para obtenerlo: pegaron una muestra delgada de este material a un trozo de cinta adhsiva, pegaron otro trozo de cinta al primero y, después, los separaron: la muestra de grafito se dividió en dos, cada una pegada a uno los trozos de cinta. Repitiendo el proceso con la cinta adhesiva de la muestra original llegó un momento en el que quedó en ella una única capa de átomos de carbono: la primera muestra de grafeno.

El interés que despertó este nuevo material fue enorme por sus propiedades inusuales. Pero, además del interés académico, el grafeno también despertó un interés aplicado: ¿cómo podemos emplear sus propiedades para desarrollar aplicaciones?

Los innovadores tecnológicos, bien sean compañías o individuos, están tratando continuamente de mejorar las prestaciones y la fiabilidad de sus productos, y de crear nuevos productos para nuevas aplicaciones. La búsqueda de nuevos productos innovadores puede implicar nuevos procesos, nuevas ideas o nuevos materiales. En el caso de los materiales, cada uno de ellos tiene un conjunto único de propiedades (químicas, mecánicas, ópticas, magnéticas, eléctricas,…), y un producto particular está basado en una de esas propiedades o en una combinación óptima de algunas de ellas. Una de las características de la tecnología moderna es que se basa cada vez más en propiedades muy específicas de materiales. Y es en este contexto en el que el caso del grafeno es inusual porque, basándonos en la historia reciente, esta sofisticación tecnológica ha requerido del uso de más y más elementos de la Tabla Periódica.

Hace unos 100 años, la dieta tecnológica, la diversidad de materiales utilizados, consistía sobre todo en materiales naturales junto con unos cuantos metales. Durante gran parte de la historia de la Humanidad, la mayor parte de los materiales se han empleado tal y como la naturaleza los proporcionaba: piedra, madera, arcilla, paja… En Estados Unidos, el primer año en el que la producción de minerales industriales fue mayor que la producción de madera fue 1927. Y el primer año en el que la producción primaria de metales fue mayor que la producción de madera fue 1941.

Durante el siglo XIX se descubrieron la mayor parte de los elementos que conforman la Tabla Periódica. Pero buena parte de ellos no fueron más que curiosidades de laboratorio hasta que, hace unas décadas, comenzamos a emplearlos. Hacia 1900, la diversidad de la dieta tecnológica incluía una docena de elementos. En la actualidad, empleamos materiales que contienen elementos de una gran parte de la Tabla Periódica. Nuestra dieta tecnológica se ha hecho mucho más omnívora.

A medida que la dieta tecnológica se ha hecho más omnívora, el comercio en metales ha aumentado en todo el mundo. Una compañía productora de una región del mundo emplea materiales producidos en muchas otras regiones del mundo. Y, en un mundo en el que crece la población y la riqueza, diversos investigadores se han preguntado si las tecnologías más sofisticadas y los países tecnológicamente más avanzados tendrán problemas a medio y largo plazo relacionados con el suministro de distintos metales, bien por razones de escasez, de bajas tasas de reciclado, de concentración de recursos en un determinado país…

En las últimas décadas, no solo hemos abordado la exploración de la Tabla Periódica en busca de nuevos materiales: hemos comprendido también que las propiedades de los materiales varían con el tamaño de partícula, siempre que éste sea lo suficientemente pequeño. Ha surgido, entonces, la necesidad de controlar el tamaño y el estado de agregación de las partículas en la escala nanométrica. Hablamos así de nanomateriales, y ésto abre una puerta para resolver el problema del suministro de determinados metales: emplear materiales nanoestructurados abundantes que tengan propiedades similares o mejores que los materiales que emplean metales problemáticos…