Lunes en la Ciencia, 22 de mayo del 2000
Trabajo mexicano en la revista Science
Nuevas observaciones en nanotubos de carbono
Patricia Vega
De la misma forma que dos gotas de agua o mercurio se juntan para formar una sola, los nanotubos de carbono coalescen, es decir, se juntan para formar otros tubos con mayores diámetros.
Así lo reporta en el número más reciente de la prestigiada revista estadunidense Science Vol. 288 (19 de mayo de 2000), un grupo de científicos mexicanos, integrado por los doctores Humberto y Mauricio Terrones, del Laboratorio de Física Aplicada y Tecnología Avanzada adscrito, en Juriquilla, al Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México, quienes, en colaboración con tres colegas extranjeros (F. Banhart, J.C. Charller y P.M. Ajayan), dieron a conocer por primera vez la observación in-situ de cómo "coalescen" los nanotubos de carbono.
El experimento consistió en irradiar una muestra
de nanotubos con el haz de electrones de un microscopio
electrónico de muy alta resolución -sólo hay
dos en el mundo y los físicos mexicanos acudieron al que
está en Stuttgart, Alemania- y calentar
simultáneamente a temperaturas de mil grados
centígrados.
Asimismo, a través del uso de la simulación por computadora, los investigadores demostraron teóricamente que la coalescencia se debe, de manera primordial, a vacancias (ausencia de átomos en la red grafítica) provocadas por la alta irradiación de los electrones. También demuestran que este fenómeno se presenta cuando los tubos tienen un arreglo atómico idéntico.
Por otro lado, Humberto y Mauricio Terrones plantean la posibilidad de polimerizar (unir) nanotubos sin coalescer, cuando los nanotubos presentan configuraciones atómicas distintas.
Dicho de manera sintética, se puede afirmar que el descubrimiento anterior, establece un nuevo uso del haz de electrones para soldar nanotubos de carbono y formar nuevas estructuras grafíticas con diferentes propiedades. Al mismo tiempo, se abre la posibilidad de estudiar la forma de coalescer nanotubos por medio de reacciones químicas y tratamientos térmicos.
Un poco de contexto
El teórico K. Eric Drexler explica que los átomos, dispuestos de un modo, forman el suelo, el aire y el agua; ordenados de otro modo, forman hogares y colocados en otra forma, se convierten en cenizas y humo.
Cuando se habla de manejar átomos y moléculas con gran control y precisión, estamos hablando de una tecnología molecular en la que se manejan dimensiones miles de millones de veces menores a las de los objetos que observamos. La nanotecnología (el prefijo nano se utiliza en el sistema internacional de unidades para expresar el múltiplo 10-9 de una unidad) en el campo de la electrónica nos ha permitido sustituir, por ejemplo, potentes computadoras que a principios de los cincuenta ocupaban toda una habitación, por unos cuantos chips de silicio en una computadora de bolsillo que, prácticamente, cabe en la palma de una mano.
La unión molecular del carbón con el carbón -como la que existe en el grafito de la punta de un lápiz- es el enlace más fuerte que existe en la naturaleza. En este contexto, el descubrimiento, en 1991, de los nanotubos de carbono -a cargo del japonés Sumio Iijima- abrió una nueva área en la ciencia de materiales, con importantes retos y aplicaciones.
Los nanotubos de carbono consisten en hojas de grafito (en las que los átomos de carbono están dispuestos de forma hexagonal) dobladas en una configuración tubular, similar a enrollar una hoja de papel para formar un cilindro (tal como podemos observar en la gráfica).
El físico Humberto Terrones afirma que el estudio de los nanotubos de carbono promete aplicaciones que nunca habíamos soñado, como el lograr materiales 100 veces más resistentes que el acero y 6 veces más ligeros; nanoconductores para sistemas electrónicos ultra pequeños; nuevos materiales magnéticos para gran almacenamiento de información; monitores ultra delgados y nuevos compuestos químicos, entre otras muchas posibilidades.
Este campo ha tomado tanta importancia en la física, química y ciencia de materiales que se publica un promedio mundial de 2.5 artículos diarios al respecto.
Aportación al mundo, desde México
"A pesar del poco apoyo que hemos tenido por ser un tema nuevo, en México estamos a la cabeza en materia de fulerenos, nanotubos y estructuras grafíticas. Nuestros hallazgos han tenido impacto a nivel mundial".
Entrevistado vía telefónica, Humberto Terrones reconoce, sin embargo, que a través del Conacyt y de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico de la UNAM, ha recibido recursos a los que se suma la colaboración de otros colegas tanto extranjeros como mexicanos.
"Las carencias que tenemos en el país, las suplimos con colaboraciones del extranjero (el equipo mexicano recurrió a un microscopio electrónico, en Stuttgart, cuyo costo asciende a 10 millones de dólares). En la actualidad, cuando alguien quiere resolver un problema serio tiene que recurrir a la colaboración internacional y a la interdisciplina. El científico moderno requiere de reunir conocimientos teóricos y experimentales. Revistas como Nature y Science solicitan que además de la evidencia experimental se reporte una interpretación teórica del fenómeno".
En el caso del artículo en Science que hoy nos ocupa, al hallazgo experimental de la coalescencia de los nanotubos de carbono se le pudo encontrar una explicación teórica a través de una compleja simulación por computadora, cuyos cálculos, realizados en el extranjero, tomaron más de tres meses.