CICATA Altamira alista tecnología espacial con grafeno
- Con este material, CICATA Altamira avanza en el desarrollo de protectores para componentes que son enviados a la Órbita Baja de la Tierra
22 abril 2026.-Investigadores del Instituto Politécnico Nacional (IPN) avanzan en el desarrollo de materiales a partir de grafeno para la protección de componentes electrónicos en la industria aeroespacial.
Las propiedades físico-químicas como resistencia mecánica (más de 200 veces superior al acero), flexibilidad, conductividad eléctrica y térmica (mejor que el cobre) hacen de este nanomaterial una alternativa prometedora para proteger satélites contra condiciones extremas.
El doctor Felipe Caballero Briones, profesor-investigador del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), Unidad Altamira, explicó que el grafeno y sus materiales derivados representan además una opción para la construcción de dispositivos que soportan condiciones de alta radiación y fuertes variaciones electromagnéticas de la Órbita Baja de la Tierra, entre 80 y 500 kilómetros de altitud sobre la superficie terrestre.
Desde hace más de una década, Caballero Briones, líder del Grupo de Materiales y Tecnologías para Energía, Salud y Medio Ambiente (GESMAT), trabaja con el grafeno y sus materiales derivados, en colaboración con diversas universidades nacionales e internacionales, para desarrollar aplicaciones espaciales y aeronáuticas.
El especialista detalló que la Órbita Baja de la Tierra (LEO, por sus siglas en inglés), situada entre 160 y 2 mil kilómetros sobre la superficie terrestre, y en la que se encuentran la Estación Espacial Internacional (EEI), satélites de observación y de internet y la radiación ultravioleta, es una región donde los rayos cósmicos son 47 veces más elevados que en la atmósfera a nivel del mar.
En la órbita LEO, dijo, la capa de ozono es prácticamente nula, los cambios de temperatura son extremos y el bombardeo con partículas provenientes del viento solar y los rayos cósmicos es muy frecuente, lo que puede dañar el funcionamiento de los equipos e instrumentos que se encuentran a esa distancia de la superficie terrestre.
Ante ello, el también miembro de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC) indicó que el óxido de grafeno ha demostrado que puede proteger de la erosión al tungsteno (elemento químico que se encuentra en forma de óxidos o sales, extremadamente duro y el cual presenta mayor resistencia a la tracción de todos los metales).
Añadió que el óxido de grafeno o GO también es un excelente protector contra la radiación ultravioleta y se puede depositar fácilmente en superficies metálicas. “Estas propiedades pueden ser muy útiles para aislar componentes electrónicos delicados y proteger las superficies de elementos que se encuentren en el espacio”, refirió el experto.
El doctor Caballero Briones afirmó que es necesario llevar a cabo investigación básica para conocer cómo la interacción de los materiales con las condiciones del espacio puede afectar su estructura, propiedades mecánicas y electrónicas, y en última instancia, el funcionamiento de dispositivos, en detrimento de los sistemas vitales en la EEI o la comunicación de datos hacia la Tierra desde un satélite.
Experiencia prometedora
El equipo científico del CICATA Altamira participó por primera vez con el Centro de Desarrollo Aeroespacial (CDA), en colaboración con la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (NASA, por sus siglas en inglés), en la séptima misión a la estratósfera con el EMIDSS (Experimental Module for the Iterative Design for Satellite Subsystems).
El propósito es estudiar los fenómenos que afectan los materiales para desarrollar tecnología mexicana para su empleo en condiciones extremas del espacio, toda vez que en la estratósfera (capa de la atmósfera que se encuentra entre 10 y 50 km de altura, considerada como el límite con el espacio exterior), tiene condiciones cercanas y similares a la órbita LEO.
El doctor Caballero Briones, también integrante del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores (SNII) Nivel 3, informó que en la misión EMIDSS-7, su grupo de trabajo envió una serie de probetas de materiales tanto de grafeno y sus derivados, así como de películas de materiales semiconductores para probarlas en la estratósfera.
Al término de la misión suborbital, se recuperaron los materiales para comparar los efectos de su exposición sobre el funcionamiento de los recubrimientos de óxido de grafeno, tales como la protección de láminas de aluminio, la capacidad de blindaje electromagnético y la estructura electrónica de películas de sulfoselenuro de zinc (ZnSSe), destinadas a la generación fotocatalítica de hidrógeno, respecto a los materiales que no fueron enviados a la misión suborbital.
El experto informó que las primeras mediciones y observaciones realizadas en los materiales recuperados del módulo, sugieren que sí existen algunos cambios en la estructura electrónica del ZnSSe, y posiblemente en propiedades mecánicas de unas probetas de fibra de carbono modificadas, las cuales fueron enviadas por una colaboradora de la Universidad de Firat, en Turquía.
Tierras raras
A la par, el doctor Caballero Briones desarrolla un proyecto encaminado a la recuperación de elementos críticos o estratégicos como las tierras raras a partir de residuos electrónicos; extraen sus materiales para reusarlos para el almacenamiento de energía o generación de hidrógeno por fotocatálisis.
Para entender los fenómenos que ocurren en estos materiales obtenidos de elementos estratégicos recuperados, el investigador del CICATA Altamira analiza los materiales por métodos con resolución atómica, como la absorción de rayos X cerca del borde (XANES, por sus siglas en inglés).
Esta técnica utiliza un haz de rayos X muy brillante que se hace pasar por el material para excitar sus átomos y observar las interacciones entre los elementos para determinar cómo se organizan a escala nanométrica, y al final, poder relacionar la estructura con las propiedades macroscópicas o el desempeño, por ejemplo, en la generación de hidrógeno, el almacenamiento de carga o el blindaje electromagnético del material.
Estos haces de rayos X se generan en grandes laboratorios llamados sincrotrones, que se encuentran en varios países del mundo. En estos laboratorios, un paquete de electrones se acelera a la velocidad de la luz y al ser frenado por grandes imanes, genera luz con energías que van desde el infrarrojo hasta los rayos X duros. La luz se enfoca en estaciones experimentales donde se aprovecha para estudiar los diferentes fenómenos que dependen de la interacción de la radiación con la materia.
El acceso a los sincrotrones se realiza por medio de un proyecto, que es analizado por un panel de expertos, y si se aprueba, el proponente cuenta con tiempo asignado para acudir al sincrotrón con un equipo de trabajo para realizar los experimentos.
El Instituto Politécnico Nacional ha suscrito convenios para el uso de algunas de estas instalaciones a las que ha acudido el investigador para realizar tales experimentos, como el National Accelerator Laboratory (SLAC) o el Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), ambos en California, Estados Unidos. De los resultados obtenidos en estos experimentos, se generan publicaciones, direcciones de tesis, así como conocimiento científico que permite entender la naturaleza y desarrollar nueva tecnología.
El investigador afirmó que los materiales basados en grafeno son de gran interés tecnológico para aplicaciones aeroespaciales, como recubrimientos resistentes a la radiación, control térmico y blindaje electromagnético, así como para celdas solares, supercapacitores y generación fotoelectroquímica de hidrógeno, entre otras.
Asimismo, el grafeno magnético, por ejemplo, se puede utilizar para blindaje electromagnético; el óxido de grafeno reducido, como electrodo transparente para la electrónica y control térmico en la aeronáutica; el grafeno decorado con cesio, es un excelente fotocatalizador para generación de hidrógeno verde; los compósitos de grafeno con titanatos de cerio, sirven para fabricar supercapacitores de ion sodio con gran capacidad de almacenamiento y durabilidad; el óxido de grafeno, coadyuva a la destrucción de hongos por terapia fotodinámica y favorece la germinación exitosa de semillas.
Los proyectos a cargo del equipo científico, dirigido por el doctor Caballero Briones, pretenden coadyuvar a cumplir con los Objetivos del Desarrollo Sostenible, a la formación de cuadros científicos, a la internacionalización del Politécnico, al impulso de colaboraciones académicas para el uso de infraestructura como los sincrotrones y la participación en estudios auspiciados por agencias como la NASA.