Grafeno, el material del futuro
Para nadie es un secreto que en los últimos años la humanidad ha estado inmersa en una problemática a escala global y es la contaminación ambiental propiciada en parte por nuestra dependencia con los combustibles fósiles, la producción de componentes nocivos para el medio ambiente, la explotación excesiva de los recursos naturales y la fabricación industrial de materiales para la elaboración de productos de consumo masivo, los cuales han generado diversos fenómenos como la emisión de gases de efecto invernadero y han desembocado en lo que hoy vivimos como calentamiento global. Es por esta razón, que desde diversas áreas del conocimiento se ha venido buscado la forma de poder optimizar el uso sostenible de los recursos que el planeta nos proporciona y seguir consumiendo de manera responsable, sin generar un impacto negativo en el medio ambiente.
En ese sentido, en los últimos años la investigación de materias biodegradables, sostenibles y reutilizables ha ido en aumento, buscando encontrar alternativas viables al uso del plástico y poder crear nuevos componentes que puedan reintegrarse a la tierra de una manera más rápida, con enfoques de economía circular y que al mismo tiempo puedan emplearse en la elaboración de nuevas tecnologías, las cuales den solución a las necesidades de nuestra sociedad actual.
PhD. Jhon Jairo Prías Barragán
Por estas razones el profesor, investigador e innovador Jhon Jairo Prías Barragán, doctor en Ciencias Físicas, junto con su equipo de trabajo y en colaboración con la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad del Quindío, han venido trabajando en el proyecto de investigación de la convocatoria del Sistema General de Regalías, valorado en $2.609.965.000 de pesos colombianos, titulado “Desarrollo de prototipos de productos tecnológicos basados en grafeno oxidado multicapa obtenido del bambú-guadua con procesos ambientalmente sostenibles en el departamento del Quindío” y han llevado un exhaustivo trabajo científico, tecnológico y de innovación en ciencias básicas y aplicadas, desde la formulación del problema hasta el proceso de investigación, mediante el cual han logrado avanzar en el estudio fino, riguroso y sistemático de las propiedades físicas y químicas del compuesto Grafeno Oxidado (GO).
El Grafeno Oxidado es un material bidimensional, policristalino, conformado por átomos de carbono y oxígeno, los cuales se organizan en patrones específicos a escalas atómicas y la presencia de los óxidos, domina las propiedades físicas y químicas básicas, tales como las magnéticas, eléctricas, vibracionales, estructurales, morfológicas y de reactividad global, entre otras. El conocimiento de estas propiedades básicas en el GO ofrece un gran potencial tecnológico en la fabricación de avanzados dispositivos y sensores en el campo de la electrónica, con bajos costos de producción y procesos de obtención del GO ambientalmente sostenibles. En esta dirección, desde el Instituto Interdisciplinario de las Ciencias de la Universidad del Quindío, en el laboratorio de Materiales Orgánicos, bajo la visión del doctor Prías, se han dedicado los esfuerzos a fortalecer capacidades para la investigación en ciencias básicas y aplicadas; lográndose, proponer desde el punto de vista básico la teoría de puentes de hidroxilo y epoxi, la cual ha logrado explicar de primeros principios, la influencia de los óxidos en las propiedades físicas y químicas básicas del GO y desde el punto de vista aplicado, los primeros prototipos de productos tecnológicos basados en grafeno oxidado obtenido de los residuos de biomasa del bambú-guadua, temas en los cuales vienen desarrollando investigación desde hace 14 años.
Sin embargo, ¿qué pretende lograr el proyecto en ejecución del grafeno financiado con recursos de regalías?, según lo menciona el doctor Prías: “se pretende con la realización de este proyecto en el Departamento del Quindío: Fortalecer capacidades para la investigación en materiales basados en grafeno, mejorar las capacidades instaladas del laboratorio de materiales orgánicos, realizar investigaciones en la síntesis, la caracterización básica y el aprovechamiento de residuos de biomasa provenientes de la industria del bambú-Guadua, realizar estudios de prospectiva tecnológica, la fabricación sistemática de prototipos de productos tecnológicos basados en GO, propiciar una cultura de la generación de ciencia y tecnología propia, la publicación y la divulgación de resultados de ciencia, tecnología e innovación (CTeI), la protección intelectual de las invenciones y la vinculación de estudiantes de pregrado y posgrado de la Universidad del Quindío”.
¿Qué se ha logrado en lo que lleva de ejecución este proyecto?
Este proyecto tiene una duración de 24 meses y empezó en el mes de noviembre de 2021, lleva 8 meses de ejecución, durante el proceso de investigación se ha avanzado en la iniciación de adecuaciones locativas del laboratorio de materiales orgánicos, continuar investigaciones en la síntesis, la caracterización básica y el aprovechamiento de residuos de biomasa provenientes de la industria del bambú-Guadua, realizar estudios de prospectiva tecnológica; lográndose proponer la fabricación sistemática de 12 prototipos de productos tecnológicos basados en GO, buscando propiciar una cultura de la generación de ciencia y tecnología propia, mediante la publicación y la divulgación de resultados de CTeI y la vinculación de estudiantes de pregrado y posgrado de la Universidad del Quindío.
El estudio de prospectiva tecnológica basado en el análisis documental, ha permitido identificar 50 diferentes necesidades tecnológicas de nuestro entorno y el equipo investigativo involucrado en el proyecto en mención, ha logrado proponer en una lluvia de ideas hasta 1000 posibles alternativas de productos tecnológicos por desarrollar y después de una rigurosa selección de las mejores alternativas, se encuentran bajo elaboración 12 alternativas de prototipos de productos tecnológicos basados en GO, las cuales han permitido dar al equipo de trabajo la premisa de poder desarrollar una solución a estas necesidades, en estados de madurez tecnológica TRL4-6, con validaciones de los prototipos en entornos relevantes, mediante la obtención de productos a precios asequibles y como un plus adicional, poder contribuir al cuidado del planeta con tecnologías basadas en GO, ambientalmente sostenibles.
Asimismo, mediante esta investigación se ha conseguido generar nuevo conocimiento según lo afirma el doctor Prías: “El gran aporte de nuestro equipo de trabajo a la ciencia del grafeno oxidado, ha sido la teoría de Puentes de Hidroxilo y Epoxi, la cual permite explicar de una manera fina, precisa y sistemática las propiedades físicas y químicas de estos materiales; además, sugiere el grafeno oxidado como un excelente candidato para el desarrollo de la siguiente generación de nuevas tecnologías”. Tal como ha sido recientemente publicado por J. J. Prías-Barragán y colaboradores en el Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 541 (2022) 168506.
Hasta el día de hoy el equipo de investigadores ha logrado obtener avances representados en 9 de 12 prototipos de productos tecnológicos fabricados con el grafeno oxidado; estos buscan suplir algunos de esos hallazgos encontrados en el estudio previo, con los cuales se realizará una pre-validación comercial durante este segundo semestre de 2022 y posteriormente en el primer semestre de 2023, se hará la solicitud de una patente.
Aquí se evidencian algunos de los prototipos desarrollados por el equipo investigador.
Entre estas alternativas tecnológicas propuestas, encontramos: el 1) Thermal GO, el cual consiste en un producto que aspira a competir en el mercado ofertando un material de GO, el cual funciona como un disipador de calor para los procesadores de los computadores y videojuegos, gracias a las excelentes características térmicas del GO. 2) Vibrant, es otro de los productos basado en las propiedades vibracionales o térmicas del GO, el cual presenta un dispositivo que funciona como un parlante multifuncional adaptable a los cascos de las motocicletas y a cualquier superficie. 3) Warmer, es otro invento el cual busca con un dispositivo tipo gadget, medir la temperatura de manera no invasiva, tanto en seres vivos como en objetos y controlado mediante una aplicación móvil. 4) Thirst, es otro de los dispositivos que ambiciona tener un impacto global ofertando un producto, el cual pretende tomar el agua lluvia y transformarla en agua potable, purificándola mediante la combinación de filtros de grafeno oxidado y luz en el rango espectral del ultravioleta UV-C. 5) Proximity, es otro de los emprendimientos que postula un dispositivo, el cual funciona como un sistema de alarma de proximidad para vehículos y que podría disminuir los casos de accidentalidad por causa de los puntos ciegos. 6) Sanitizer, es un producto que se caracteriza por utilizar la radiación con la longitud de onda UVC y las características porosas del GO para desinfectar y eliminar olores de los diferentes instrumentos utilizados en el cuidado personal. 7) NFC Graphene, es un producto el cual permite hacer internet de las cosas (IoT), facilitando la transferencia de la información, en diversos escenarios, con solo acercar un dispositivo móvil como lector de NFC y ofrece la ventaja de proteger los circuitos de la corrosión del ambiente. 8) OnCard, pretende lanzar al mercado una nueva alternativa al uso de tarjetas de presentación físicas, por lo que propone realizar una tarjeta fabricada con GO, la cual tiene grabado un código QR, el cual permite acceder directamente al portafolio de productos y servicios de empresas, emprendimientos y personas, sin el uso de papelería. Por último, 9) Oxicloud, es un emprendimiento, el cual busca medir a través de un dispositivo portátil el nivel de contaminación del aire, mediante un sensor controlado por medio de una app móvil y contribuir al cuidado de las personas con afecciones respiratorias.
Integrantes del equipo investigador de izquierda a derecha: Kiara Orozco, Erika Valencia, Jhon Useche, Daniel Echeverry, José Gutiérrez, Narly Andrea Echeverry, Ronald Mora, Camilo Velásquez, Jhon Jairo Prias, Santiago Rincón y Humberto Franco.
Por otro lado, el proyecto de regalías en mención, también busca hacer un llamado a que las nuevas generaciones puedan enamorarse del campo investigativo, mediante el mecanismo de la transferencia del conocimiento a jóvenes estudiantes de instituciones de educación media del departamento del Quindío, por medio de visitas al actual laboratorio de materiales orgánicos, que está en pronta renovación de sus equipos y espacios de trabajo. Narly Andrea Echeverry, quien hace parte de este equipo de investigación afirma: “La idea es sembrar en nuestros jóvenes la certeza de que nosotros también podemos generar tecnología propia y no solo ser consumidores de la misma”.
Hoy se pueden mostrar productos tangibles, después de aproximadamente 14 años de dedicación a la ciencia básica y a futuro, se espera poder continuar con la gestión de recursos, los cuales permitan continuar con estos estudios y la generación de conocimiento en este tipo de materiales, los cuales le permitan al Departamento del Quindío ser pionero y líder nacional en CTeI del GO y de esta manera contribuir a mejorar la calidad de vida de las personas en pro del cuidado del medio ambiente en nuestro país.
Fecha de publicación 26/07/2022
Última modificación 26/07/2022