Το buckypaper ένα νέο υλικό από νανοσωλήνες άνθρακα

Πηγή: AP, 23 Οκτωβρίου 2008

Οι νανοσωλήνες από άνθρακα είναι ένα καυτό θέμα της τεχνολογίας αλλά μέχρι στιγμής λίγα προϊόντα στον πραγματικό κόσμο έχουν ωφεληθεί από αυτά τα υψηλής τεχνολογίας υλικό. Αυτό όμως θα μπορούσε να αλλάξει πολύ γρήγορα, χάρη στην ανάπτυξη ενός λεπτού φύλλου χαρτιού από άνθρακα,  που είναι γνωστό ως «buckypaper». Όταν συμπιέζονται μαζί για να σχηματίσουν ένα σύνθετο, buckypaper θα μπορούσε να φτιαχτεί ένα υλικό 10 φορές πιο ελαφρύ, αλλά 500 φορές πιο δυνατό από το ατσάλι.

Το υλικό αυτό, που μοιάζει πολύ με το καρμπόν και πιέζεται δυνατά ώστε να γίνει μια σύνθετη μάζα, μπορεί να φέρει επαναστατικές αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο κατασκευάζονται αντικείμενα, από αεροπλάνα και τηλεοράσεις μέχρι και για πιο αποδοτικούς υπολογιστές.

Το όνομά του προέρχεται από τη λέξη buckyball - μια μοναδική μορφή καθαρού άνθρακα από 60 άτομα άνθρακα σαν τη μπάλα του ποδοσφαίρου - και τη λέξη paper. Αποτελείται από περίπου 50% νανοσωλήνες άνθρακα 50.000 φορές πιο λεπτά από μια ανθρώπινη τρίχα.

Έχει παράξενες ιδιότητες για σύνθετο υλικό από ίνες του άνθρακα, όπως για παράδειγμα, είναι καλός αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος και διαχέει τη θερμότητα όπως το ατσάλι και ο ορείχαλκος.  Κατασκευάζεται από σωληνοειδή μόρια άνθρακα τα οποία είναι 50,000 φορές μικρότερα από την ανθρώπινη τρίχα.

Μέχρι τώρα η κατασκευή του κοστίζει ακριβά λόγω των περιορισμένων πόρων κατασκευής, την καθαρότητα του και τη δομή του. Μια εμπορική επιχείρηση από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Φλόριδας - εκεί που ανακαλύφθηκε το υλικό - είναι ήδη σε εξέλιξη, ωστόσο, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι πρώτες εμπορικές εφαρμογές - ηλεκτρική θωράκιση συστατικών - του υλικού αυτού θα μπορούσε να έρθει σε 12 μήνες, και μάλιστα σε ανταγωνιστικές τιμές ανάμεσα στα σύνθετα υλικά που κυκλοφορούν ήδη στην αγορά.

Το buckypaper δεν είναι καινούργιο - είναι ήδη σε εξέλιξη από το 1985 περίπου, και υπήρχε σε μορφές παρόμοιες με τη σημερινή του κατάσταση, τουλάχιστον κατά τα τελευταία χρόνια. Το καινούργιο είναι ότι το υλικό είναι κοντά σε εμπορικές εφαρμογές. Η χρήση σε δομικά και αεροδυναμικά εξαρτήματα αυτοκινήτων - ακόμα και αγωνιστικών αυτοκινήτων - είναι μάλλον αρκετά χρόνια μακριά μας.

Η επιστημονική ανακάλυψη που οδήγησε στο buckypaper ουσιαστικά προέρχεται από το απώτερο διάστημα. Το 1985, ο βρετανός ερευνητής Harry Kroto εντάχθηκε στο πανεπιστήμιο του Rice για ένα πείραμα με σκοπό να δημιουργήσει τις ίδιες συνθήκες που υπάρχουν σε ένα αστέρι. Ήθελαν δηλαδή να μάθουν πώς τα αστέρια, η πηγή όλου του άνθρακα στο σύμπαν, φτιάχνουν το στοιχείο που αποτελεί το βασικό δομικό στοιχείο της ζωής.

Όλα πήγαν όπως είχαν προβλεφθεί αλλά με μία εξαίρεση.

"Υπήρχε ένα επιπλέον χαρακτηριστικό που εμφανίστηκε εντελώς απροσδόκητο," υπενθύμισε ο Kroto, που τώρα είναι μέλος ενός προγράμματος στη Φλόριντα που ενθαρρύνει τη μελέτη των μαθηματικών, της επιστήμης και της τεχνολογίας σε δημόσια σχολεία. "Ήταν μια ανακάλυψη μακριά από εκείνο το πεδίο."

Η έκπληξη ήταν ένα μόριο με 60 άτομα άνθρακα σε σχήμα μιας μπάλας ποδοσφαίρου. Για τον Kroto, έμοιαζε με τους γεωδαιτικούς θόλους που φτιάχτηκαν από τον αρχιτέκτονα, εφευρέτη και μελλοντολόγο Buckminster Fuller. Από εκεί εμπνεύστηκε και το νέο όνομα του νέου μόριου, buckminsterfullerene, ή "buckyballs" για συντομία.

Για την ανακάλυψη του buckyball - η τρίτη μορφή καθαρού άνθρακα που ανακαλύφθηκε μετά από τον γραφίτη και τα διαμάντια - ο Kroto και οι συνάδελφοί του στο πανεπιστήμιο του Rice, Robert Curl Jr. και Richard Smalley, πήραν το βραβείο Νόμπελ χημείας το 1996.

Ξεχωριστά από τους τρεις τους ο ιάπωνας φυσικός Sumio Iijima ανέπτυξε ένα υλικό σε σχήμα σωλήνα κατά τη διάρκεια της έρευνας του στο πανεπιστήμιο της Αριζόνα.

Οι ερευνητές στο εργαστήριο του Richard  Smalley τότε αθέλητα διαπίστωσαν ότι οι σωλήνες θα έμεναν ενωμένοι όταν βυθιστεί σε ένα υγρό και περάσει από κατάλληλες οπές φτιάχνοντας έτσι μια λεπτή ταινία. Φτιάχτηκε λοιπόν για πρώτη φορά το  buckypaper.

Το μυστικό της δύναμης του είναι η τεράστια έκταση που έχει ένας νανοσωλήνας.  Για παράδειγμα αν πάρετε ένα γραμμάριο νανοσωλήνα μόνο, και ξεδιπλώσετε κάθε σωλήνα γραφίτη σε ένα φύλλο, τότε μπορείτε να καλύψει τα δύο τρίτα περίπου ενός γηπέδου ποδοσφαίρου.

Οι νανοσωλήνες από άνθρακα έχουν ήδη αρχίσει να χρησιμοποιηθεί για την ενίσχυση ποδηλάτων κλπ αλλά σε μικρές ποσότητες. Οι εποξικές ρητίνες που χρησιμοποιούνται στις εφαρμογές είναι 1 έως 5 τοις εκατό νανοσωλήνες άνθρακα. Τα buckypaper, που είναι μια λεπτή μεμβράνη και όχι σκόνη, έχει πολύ μεγαλύτερο περιεχόμενο από τους νανοσωλήνες - περίπου 50 τοις εκατό περισσότερο.