Uno de los campos de investigación más apasionantes de la ciencia actual es el de los nanotubos de carbono. Estas microscópicas piezas, que presentan propiedades excepcionales, pueden ser producidas en los laboratorios de Física de la Universidad Nacional de Colombia, pionera de su estudio en el país.

Aspecto que presenta un grupo de nanotubos de carbono, tras aumentar mil millones de veces su tamaño.

Yino Castellanos, Unimedios

A "simple vista", tras aumentar mil millones de veces su tamaño bajo el microscopio electrónico, un nanotubo de carbono parece más un parásito del organismo humano que una delicada pieza de alta ingeniería, producto de la fascinante revolución nanotecnológica que promete cambiar de manera drástica el mundo de la ciencia en el presente siglo.

Estos recién invitados a la historia de la ciencia, fueron descubiertos por el científico nipón Sumio Iijima en 1991, seis años después de que un grupo de químicos de la Universidad Rice de Houston, en el estado norteamericano de Texas, identificara una forma inédita del carbono: los fullerenos.

En efecto, para 1985, la comunidad científica sólo conocía dos formas naturales y estables del carbono: el grafito y el diamante, que difieren entre ellos por la manera como están organizados los átomos de carbono en sus estructuras; mientras el grafito que encontramos en la punta de un lápiz es fundamentalmente plano, el duro y glamoroso diamante tiene forma piramidal. Pero ambos están hechos de lo mismo.

Hacían falta los fullerenos, que deben su nombre al arquitecto Richard Buckminster Fuller, quien ideó las célebres cúpulas geodésicas, que en 1967 descrestaron a los asistentes a la Exposición Mundial de Montreal. Estas son estructuras tridimensionales, curvadas en el techo, que asemejan la mitad de una esfera (el domo de Maloka, en Bogotá es un ejemplo de estas estructuras).

Pues bien, si el grafito es plano, y el diamante piramidal, los fullerenos son como un balón de fútbol, y los nanotubos no son otra cosa que un fullereno de forma cilíndrica y hueca con un cinturón adicional de diez átomos de carbono. El diámetro varía entre 4 y 108 nanómetros (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro).

Las características, propiedades, usos y formas de obtención de los nanotubos, hacen parte de la agenda investigativa de varios equipos de científicos en todo el mundo. En Colombia, el grupo de trabajo en fullerenos del Departamento de Física de la Universidad Nacional, se ha preocupado tanto por el trabajo teórico y la formación de científicos, como por implementar las herramientas necesarias para la experimentación en este campo.

Prueba de esto ha sido el ensamblaje de la cámara de descarga eléctrica que sirve para la producción de los nanotubos, primera de este tipo en el país. El profesor Gustavo Holguín, coordinador del grupo, anota que las piezas fueron importadas con el apoyo de Conciencias; y con la participación de los estudiantes se armó el dispositivo, que concentra un tipo de descarga eléctrica generadora de luz y calor intensos (3.000 grados centígrados) entre dos electrodos enfrentados en una atmósfera de gas inerte a baja presión. Este procedimiento sirve para evaporar los átomos de carbono y enviar la muestra a tratamiento químico.

El profesor Holguín comenta que este trabajo es interdisciplinar, "pues la ciencia de los fullerenos interesa a químicos, matemáticos, médicos y por supuesto físicos". En este sentido, para la Universidad ha sido clave la participación del Departamento de Química, en especial de la profesora María Cristina Baquero, y sus aportes desde el Laboratorio de Investigación de Combustibles.

Además, la complejidad del proceso ha dado lugar a detallados trabajos de grado en los departamentos de Física y Química, que especifican todos los pasos a seguir para la obtención de los nanotubos. Entre otros, el de "Producción y caracterización morfológica de nanotubos de carbono por el método de descarga eléctrica", presentado por la física Yenny Hernández, así como el de Martha Hernández, quien en su trabajo de grado para el Departamento de Química, avanzó en la síntesis de fulleritas en presencia de cobalto. También Giovanny Pinzón se centró en el tema de deposición química en fase de vapor.

Un horizonte de aplicaciones

Si bien el método más usado en la Universidad es el llamado "Arco de descarga eléctrica", que básicamente busca aislar los nanotubos del hollín del grafito según el procedimiento en la cámara antes señalado, también se ha avanzado en otros métodos, como el de deposición química en fase de vapor o el de la ablación láser.

Dichas técnicas conservan elementos similares, y según la física Yenny Hernández, el de deposición química "es el más utilizado en los últimos años para la producción de nanotubos, pues las condiciones de trabajo son controladas en su totalidad por el experimentador, lo que ha dado como resultado nanotubos con orientaciones y diámetros uniformes listos para aplicaciones tecnológicas".

Sin embargo, el desarrollo tecnológico del país por ahora hace imposible la aplicación directa de estas nanopiezas. Aún en el mundo, los nanotubos de carbono, con todas sus ventajas, son más una promesa que una realidad, aunque es irreversible que pronto se aprovechen sus formidables propiedades.

Entre otras, la flexibilidad y resistencia únicas, así como su capacidad para almacenar grandes cantidades de hidrógeno en forma segura. Además, como confirman investigadores de la Universidad de Maryland: "conducen la electricidad mejor que cualquier otro material a temperatura ambiente". Esto sin contar que sus propiedades pueden modificarse, encapsulando metales en su interior y en consecuencia, "las aplicaciones en medicina son muy prometedoras", comenta Holguín.

Otras industrias que se verían beneficiadas en forma directa o indirecta en un plazo no mayor de veinte años, con el estudio de estas singulares piezas, serían las de láminas delgadas, electrónica, materiales magnéticos, dispositivos ópticos y almacenamiento de energía.

Por supuesto, para lograr que los diminutos tubos puedan usarse efectivamente, hace falta reducir los costos de su producción y continuar con las labores de investigación con el fin de ajustar las piezas del "rompecabezas nanométrico". "Un factor importante para lograr el desarrollo básico en esta materia en el país, es la formación de investigadores que puedan viajar a otras universidades para completar su ciclo formativo", argumenta el investigador Holguín.

Así, producto de un viaje fantástico al interior del elemento químico más abundante en la tierra, y uno de los más importantes para la vida, como quiera que la química del carbono ha sido el campo de estudio que han emprendido los hombres que se han preguntado por el origen de la vida, los nanotubos prometen ser los grandes protagonistas de un nuevo capítulo de la épica interminable de los descubrimientos científicos.