Nota del editor: Este artículo forma parte de un informe especial sobre Las 10 tecnologías emergentes de 2016 producido por el Foro Económico Mundial. La lista, compilada por el Meta-Consejo de Tecnologías Emergentes del Foro, destaca los avances tecnológicos que sus miembros, incluyendo la Editora Jefa de Scientific American Mariette DiChristina, creen tienen el poder de mejorar vidas, transformar las industrias y salvaguardar el planeta. También proporciona una oportunidad para debatir cualesquiera que sean los riesgos y preocupaciones humanos, sociales, económicos o ambientales que las tecnologías pueden plantear antes de la adopción generalizada. 

Materiales nuevos pueden cambiar el mundo. Hay una razón por la que hablamos de la Edad del Bronce y la Edad del Hierro. El hormigón, el acero inoxidable y el silicio hicieron posible la era moderna. Ahora, una nueva clase de materiales, cada uno formado por una sola capa de átomos, está surgiendo con un potencial de largo alcance. Conocidos como materiales de dos dimensiones, en los últimos años esta clase ha crecido hasta incluir celosías de capas de carbono (grafeno), boro (borofeno), nitruro de boro hexagonal (grafeno blanco), germanio (germaneno), silicio (siliceno), fósforo (fosforeno) y estaño (estaneno). Más materiales de dos dimensiones han demostrado ser teóricamente posibles, pero aún no se han sintetizado, como el grafino de carbono. Cada uno tiene propiedades emocionantes, y las diversas sustancias de dos dimensiones pueden combinarse como piezas de Lego para construir materiales aún más nuevos.

Esta revolución en monocapas comenzó en 2004, cuando dos científicos famosos crearon grafeno de dos dimensiones utilizando cinta adhesiva –probablemente la primera vez en que se ha hecho ciencia ganadora de un premio Nobel usando una herramienta que se encuentra en aulas de Educación Infantil–. El grafeno es más fuerte que el acero, más duro que el diamante, más ligero que casi cualquier cosa, transparente, flexible y un conductor eléctrico ultrarrápido. También es impermeable a la mayoría de sustancias, excepto al vapor de agua, que fluye libremente a través de su malla molecular.

Inicialmente más costoso que el oro, el precio del grafeno ha caído gracias a la mejora de las tecnologías de producción. Ahora, el nitruro de boro hexagonal también está disponible comercialmente y listo para seguir una trayectoria similar. El grafeno se ha vuelto lo suficientemente barato como para incorporarlo en filtros de agua, lo que podría hacer la desalinización y el tratamiento de aguas residuales mucho más asequible. A medida que el costo siga cayendo, el grafeno podría añadirse a las mezclas de pavimento de carreteras o de hormigón para limpiar el aire urbano, ya que, a parte de sus otros puntos fuertes, el material absorbe monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno de la atmósfera.

Otros materiales de dos dimensiones probablemente sigan la trayectoria del grafeno, hallando usos en aplicaciones de gran volumen a medida que el costo cae, y en productos de alto valor como electrónica a medida que los tecnólogos encuentran maneras de explotar sus propiedades únicas. El grafeno, por ejemplo, se ha utilizado para fabricar sensores flexibles que se han cosido a prendas –o ahora en realidad impresos en 3D directamente en telas que utilizan nuevas técnicas de fabricación por adición–. Cuando añadido a polímeros, el grafeno puede proporcionar alas de aviones y neumáticos de bicicleta más fuertes y ligeros.

El nitruro de boro hexagonal se ha combinado con el grafeno y el nitruro de boro para mejorar las baterías de iones de litio y los supercondensadores. Al comprimir más energía en volúmenes más pequeños, se puede reducir los tiempos de carga de los materiales, prolongar la vida útil de la batería y reducir el peso y los residuos de todo, desde teléfonos inteligentes a vehículos eléctricos.

Siempre que entran nuevos materiales en el medio ambiente, la toxicidad es una preocupación. Es inteligente tener cuidado y estar alerta por si aparecen problemas. Hasta ahora, diez años de investigación sobre la toxicología del grafeno no ha arrojado nada de que genere inquietud sobre sus efectos sobre la salud o el medio ambiente. Sin embargo, los estudios continúan.

La invención de materiales de dos dimensiones ha creado una nueva caja de herramientas de gran alcance para los tecnólogos. Los científicos y los ingenieros están mezclando y combinando con entusiasmo estos compuestos –cada uno con propiedades ópticas, mecánicas y eléctricas únicas– para producir materiales a medida optimizados para una amplia gama de funciones. Acero y silicio, las bases de la industrialización del siglo XX, se ven torpes y toscos en comparación.