Es posible investigar en el aula: Conociendo mejor el Grafeno

03 de Junio de 2015
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Es posible investigar en el aula: Conociendo mejor el Grafeno

Hace apenas unos meses, apenas comenzado el curso, un pequeño grupo de alumnos del programa TALNET (http://talnet.esy.es/) propusieron la realización de un proyecto de investigación sobre el Grafeno, un material del que habían escuchado hablar y del que intuían que podía tener grandes aplicaciones para solucionar muchos problemas de la vida diaria.

Este pequeño grupo (cinco alumnos de entre 14 y 18 años), ha escrito el siguiente artículo en el que describen los pasos que han realizado en su investigación, así como los resultados que han obtenido.

Resumen

El grafeno ha sido uno de los materiales más prometedores en diferentes aspectos desde su descubrimiento en base a números artículos de investigaciones realizadas respecto al tema. Un grupo del programa estrella en base a estas expectativas realizo una investigación mediante un experimento cuyo objetivo era comprobar la conductividad eléctrica y térmica de este material. El experimento pretende comprobar si estas propiedades son tan buenas como se dice comparándolas con otros materiales destacados en el mismo aspecto. Habiendo comprobado que la conductividad eléctrica no es el punto más fuerte debido a que hay mejores conductores eléctricos, el experimento se centró en comprobar su conductividad térmica que si es uno de sus puntos más destacados como muestran los resultados obtenidos en el experimento.

Introducción

En TALNET se realizan proyectos de investigación cada curso sobre diversos temas. Al principio se propusieron diferentes temas sobre los que investigar, finalmente se eligió el grafeno debido al gran interés que despertó y al reto que era debido a la poca información conocida y la complejidad del tema.

Metodología

El experimento realizado consiste en ver cuál es el ritmo de pérdida de temperatura de diferentes materiales con el siguiente método:

  • Calentamos el material hasta los 100º C
  • Posteriormente medimos la temperatura en intervalos de 15’’ durante un tiempo de 4 minutos.
  • Todas las medidas se han realizado a la misma temperatura ambiente y sobre el mismo material (cerámica) tratando de controlar todos los factores externos que podían influir en los resultados.

Todos los datos han sido registrados y puestos en un gráfico para compararlos unos con otros. De esta manera, conseguimos hacernos una idea aproximada de la conductividad térmica del material.

grafeno_1

Resultados

En todos los objetos que hemos probado observamos que inicialmente la temperatura desciende a una velocidad muy alta debido a la gran diferencia de temperatura con el medio. Pero a medida que la temperatura desciende y se iguala con la temperatura del medio, el descenso de temperatura se hace más lento.

En primer lugar, realizamos la medición con dos objetos metálicos distintos, una moneda de acero recubierto de cobre y un cuchillo de acero inoxidable; éstos se enfrían rápidamente hasta que alcanzan una temperatura alrededor de 15 grados mayor que la temperatura ambiente, entonces disminuye la velocidad de enfriamiento y la temperatura se mantiene prácticamente constante a corto plazo.

El vidrio y la cerámica se enfriaron más lentamente y su temperatura final se mantuvo más elevada.

En el caso del grafeno, el enfriamiento al contacto con el aire es más rápido, debido al reducido espesor y área de la lámina y a la elevada conductividad térmica del material.

grafeno_2

Conclusión

En la conductividad eléctrica se hizo una prueba con un multímetro en donde no destacó especialmente sobre otro gran conductor como el cobre. Además, se realizó un viaje a Logroño en el que se pudo obtener información de un experto en donde se confirmó que en la conductividad eléctrica a pesar de que destaca mucho, hay otros materiales que son prácticamente iguales en ese sentido.

En ese viaje se planteó la posibilidad de estudiar otro campo en el que sí destacaba mucho, la conductividad térmica, con esa información se decidió enfocar un experimento a medir esa propiedad. En la conductividad térmica sí que se obtuvieron resultados que destacaban sobre otros materiales.

En conclusión, el grafeno tiene un gran potencial en aplicaciones que requieran buenos conductores térmicos y se anima a que se profundice más en este tema dado que se pueden obtener nuevas aplicaciones de gran utilidad para diferentes campos.

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