Geim |

El carboni, base de tota la vida coneguda a la terra, ens ha tornat a sorprendre.

Avui fa exactament una setmana que l’Acadèmia Sueca de les Ciències va anunciar, pronunciant l’anterior frase, els guardonats amb el Premi Nobel de Física 2010. Va ser atorgat a Andre Geim i Konstantin Novoselov pels seus reeixits estudis en un nou material bidimensional, conegut amb el nom de grafè. Segons el mateix anunci de l’Acadèmia, “for groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene”.

Els 2 investigadors llorejats i el revers de la medalla que s’entrega als Nobels de Física i Química.

Però, què és el grafè? Quines aplicacions pot tenir a la nostra vida quotidiana? I, tant imporatnt és aquest descobriment perquè hagi merescut el Nobel de Física 2010? Aquí intentarem respondre aquestes preguntes:

Potser no havíem sentit a parlar mai del grafè però el seu nom ens pot recordar a la paraula grafit, i que els seus noms s’assemblin no és pas una coincidència. El grafit és una de les formes elementals en les que trobem el carboni, les anomenades formes al•lotròpiques del carboni, però no és l’única. Segur que en coneixem una altra, que és molt apreciada; el diamant. El grafit i el diamant tenen la mateixa composició química, únicament àtoms de carboni, amb la diferència de l’ordenació d’aquests àtoms en l’espai. L’estructura del grafit, a nivell atòmic, consta de diferents làmines d’àtoms de carboni situades paral•lelament, una sobre de l’altre i unides entre elles per interaccions dèbils. Els àtoms de carboni es troben organitzats de tal forma que delimiten forats hexagonals, com si d’un rusc d’abelles o d’una tela metàl•lica de gàbia de pollastres es tractés. Les forces d’unió entre aquestes làmines són tan dèbils que ens permeten utilitzar el grafit per a escriure. Quan escrivim amb un llapis no fem res més que, al prémer el grafit sobre el paper, anar deixant làmines d’aquest material les quals s’adhereixen sobre el full i presenten la coloració negra de l’escriptura en llapis.

Però aquests dos no són els únics al·lòtrops del carboni. N’hi un altre que a mi m’apassiona, des de que la vaig conèixer al primer any d’estudis de química és la meva molècula preferida. Es tracta d’una pilota de futbol nanoscòpica, amb interessantíssimes aplicacions encapsulants, com si d’una caixeta es tractés… i tota ella construida amb àtoms de Carboni. És el ful·lerè. De ful·lerens n’hi ha diversos, en funció del nombre d’àtoms de C de l’estructura. Però el meu preferit és el Buckminster ful·lerè, amb fòrmula molecular C_60, altrament conegut com a futbalè, per tenir la mateixa esctructura que la pilota del conegut esport, tal i com hem dit anteriorment. (Precisament el descobriment dels ful·lerens va merèixer el premi Nobel de Química 1996).

Després d’aquesta petita introducció al món del carboni tornem al cas que ens ocupa, el grafè. Aquest “nou” material no és res més que una única làmina de les moltes que formen el grafit. Per tant podem afirmar que aquest nou material, el grafè, es trobava amagat dins del grafit.

Representació de les estructures químiques del grafit, el grafè i el nanotub de carboni. On les boletes simbolitzen àtoms de carboni. Fixem-nos que a partir del grafit obtenim el grafè i que, per plegament d’aquest últim podem obtenir els nanotubs de carboni, una altra forma al·lotròpica del C, els quals podrien tenir una interessant aplicació com a substituts del coure en el cablejat de llum i telefonia.

Durant molts anys s’ha intentat aïllar una única làmina de les que està format el grafit mitjançant mètodes i processos de laboratori més o menys laboriosos. Però no va ser fins a 2004 quan els investigadors Geim i Novoselov de la Universitat de Manchester (Regne Unit) varen triomfar en la seva fantàstica idea. Utilitzarien una cinta adhesiva, el celo de tota la vida, per a anar exfoliant un tros de grafit. I, després d’una bona dosi de paciència, aconseguiren la fita d’aïllar una única làmina de les que componen el grafit, la batejaren amb el nom de grafè. I aquest parell d’invesigadors no només aconseguiren aïllar el grafè sinó que també varen descobrir que tenia unes sorprenents propietats i que obria un món de possibilitats en la nanotecnologia. Es tracta del material més fi que es coneix (té el gruix del diàmetre de l’àtom de carboni), tan que és transparent, és tant bon conductor elèctric com el coure i com a conducció tèrmica supera tots els materials coneguts. A més a més és extremadament resistent (els àtoms de carboni de la seva xarxa estan units per forces molt fortes) i flexible. Es tracta d’un material perfecte per a ser aplicat en el món de les noves tecnologies, per a la construcció de pantalles tàctils de telefonia mòbil o plaques solars. I al marge de l’electrònica, les seves propietats el porten a ser un bon candidat per a desenvolupar materials més lleugers i resistents per a automòbils, avions i satèl•lits. Aquest descobriment va merèixer una publicació a la prestigiosa revista Science l’any 2004.

Al laboratori amb el model molecular del grafè.

Cal remarcar que un dels guardonats, Novoselov, només té 36 anys. Realment és un investigador molt jove per hever rebut un premi Nobel, però no és pas el més jove de la història en rebre’n un. És curiós repassar la llista dels 12 personatges m´s joves guardonats amb un premi Nobel i adonar-se que 7 d’aquests són premis Nobel de Física, el més jove de tots inclòs (Bragg amb només 25 anys, a 1915).

Llista al web dels Nobel.

També voldria destacar, com a curiositat, que Geim és el primer investigador en rebre un premi Nobel i un Antinobel individualemnt. Sí, sí, això sembla un xic estrany… m’explico. La revista cientificohumorística Annals of Improbable Research, anualment entrega els premis Ig Nobel als estudis, duts a terme en rigorositat científica, més estrafolaris i inútils de l’any. Geim va merèixer el premi l’any 2000 per la seva recerca sobre com fer levitar una granota, que va publicar a 1997 a la revista científica European Journal of Phisics. Descàrrega de l’article “Of flying frogs and levitrons” de Geim en pdf (1997).

Per acabar aprofito per a reivindicar la necessitat de l’esperit jove i creatiu en la recerca científica. És fantàstic que els llorejats d’enguany siguin els investigadors que un dia agafaren una mina de llapis i un tall de celo per a començar el seu llarg camí cap a l’obtenció del grafè, camí que els ha conduit al premi Nobel de Física 2010.

Vídeo on el meu professor de química preferit, el Professor Poliakoff de Priodicvideos, simula l’experiment dut a terme per Geim i Novoselov per aïllar el grafè.

Referències: