Un nuevo y prometedor material que puede depositarse en una capa de solo 3 átomos de grosor llamado disulfuro de molibdeno (MoS2) nos pone un paso más cerca de un futuro donde los dispositivos electrónicos y el internet de las cosas estarán integrados en todo. En 2019, el ingeniero eléctrico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) Tomás Palacios y otros colegas describieron en un artículo en la revista Nature una tecnología que puede absorber la densa red de señales de celular, WiFi y Bluetooth y convertirla en energía eléctrica reutilizable. Bastaría, por ejemplo, poner una capa ultra delgada de MoS2 alrededor de un escritorio para convertirlo en un cargador inalámbrico de computadoras portátiles.

Para Palacios y otros investigadores, los nuevos materiales bidimensionales, llamados así por ser láminas super delgadas compuestas por unos cuantos átomos, podrían tener un sin fin de aplicaciones y llevar el internet de las cosas a verdaderamente todo. Por ejemplo, una capa de estos materiales podría aplicarse sobre puentes como sensores para vigilar la tensión y las grietas de estos. De la misma forma, ventanas cubiertas con capas transparentes de estos materiales podrán mostrar información como el pronóstico del tiempo cuando se necesite.

El interés en estos materiales ultra-delgados comenzó en 2004 cuando dos investigadores de la Universidad de Liverpool formaron grafeno, utilizando cinta de celofán para desprender capas de carbono de un átomo de grosor a partir de trozos de grafito. El grafeno, aunque tiene la misma composición del grafito y el diamante, tiene propiedades muy distintas debido a su delgadez como: flexibilidad, transparencia, además de ser un excelente conductor termal y ser muy fuerte.

Desde entonces, los investigadores han creado toda clase de nuevos dispositivos utilizando esta tecnología. Desde audífonos con membranas de grafeno, hasta pinturas más duraderas. En los teléfonos celulares, el Mate 20 X de Huawei usa grafeno para enfriar su procesador, mientras que la compañía Samsung ha utilizado el grafeno para desarrollar una batería que carga más rápidamente.

Por su parte, Jeff Urban, investigador de materiales 2D de la Fundación Molecular del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, está trabajando en mejorar la pilas de combustible que generan electricidad a partir de hidrógeno. A pesar de que este tipo de pilas podrían ser una alternativa de propulsión limpia para vehículos ecológicos, debido al volumen que ocupan no han sido viables aún. En ese sentido, Urban está integrando átomos de hidrógeno en materiales sólidos más densos que los gases, como pequeños cristales de magnesio envueltos en franjas de nanolistones de grafeno. Esta innovación podría proporcionar la misma energía por volumen que la nafta, pero por menos peso. El magnesio es el elemento clave porque contiene el hidrógeno, mientras que los nanolistones ayudan a que el hidrógeno entre y salga de los cristales de magnesio mientras aísla al oxígeno, que compite con este por el mismo espacio.

Por otra parte, otros investigadores están aplicando capas de materiales 2D sobre bloques tridimensionales. El químico Kwabena Bediako, y un equipo de la Universidad de Berkeley, está integrando iones de litio entre capas de materiales bidimensionales, como el grafeno, según publicó en la revista Nature. Variando las distintas capas el equipo ha podido afinar la manera en que los materiales almacenaban litio, posibilitando el desarrollo de nuevas baterías de alta capacidad para dispositivos electrónicos.

Otro de estos investigadores, Liu Zheng, de la Universidad Tecnológica de Nanyang, está desarrollando materiales 2D nuevos a partir de una clase de compuestos llamada calcogénidos metálicos de transición, o TMC. En 2019, el equipo de Zheng desarrolló una técnica para reducir la temperatura a la que los metales se funden a partir de sal ordinaria, permitiendo la vaporización de estos y su fijación en películas delgadas.

Los TMC tienen muchos usos industriales potenciales. Además del MoS2 de Palacios, el seleniuro de platino fabricado por Zheng podría ayudar a desarrollar pilas de combustibles mas baratas que las actuales de platino, un metal precioso usado para separar el protón en un átomo de hidrógeno. El seleniuro de platino bidimensional reduciría la cantidad de platino necesitado en 99%, por lo que la universidad de Nanyang ya está negociando la comercialización de esta técnica.