El descubrimiento de los nanotubos de carbono

Por Teresa Valdés-Solís, el 13 enero, 2014. Categoría(s): Divulgación • Química

Nanotubo: forma alotrópica del carbono descubierta por Sumio Iijima en 1991. ¿Seguro?

En realidad antes de 1991 se habían obtenido nanotubos y diversos tipos de filamentos que hacen difícil establecer inequívocamente quien fue el primero en sintetizar nanotubos de carbono.  Desde finales del siglo XIX se conocía que la descomposición térmica de hidrocarburos gaseosos producía filamentos o fibras de carbono. Controlando las condiciones de la síntesis (temperatura, gas, concentración del gas, tiempo de reacción, catalizador) se disminuyó el tamaño de estos filamentos o fibras hasta obtener nanofibras de carbono, que son estructuras carbonosas con planos grafíticos ordenados de distintas formas.

La barrera entre lo que es una nanofibra de carbono y lo que es un nanotubo de carbono (de capa múltiple o MWCNT) es bastante difusa, aunque en la actualidad se consideran nanofibras aquellos materiales cuyos planos grafíticos no son paralelos al eje y nanotubos los que presentan una disposición paralela al eje. Pero antes de disponer de microscopios de alta resolución (los primeros microscopios electrónicos de transmisión se comercializaron en 1939) esto no era sencillo de observar.

Tipos de nanofibras según la orientación de los planos grafíticos
Tipos de nanofibras según la orientación de los planos grafíticos

Se cree que la primera evidencia de la naturaleza tubular de algunos filamentos de carbono se publicó en 1952 en el Journal of Physical Chemistry, en ruso. Esto dificultó sensiblemente su transmisión a otros investigadores, en parte por el idioma y en parte por la dificultad de acceso a la revista que no estaba indexada. En este artículo se demuestra inequívocamente que existe una cavidad en el interior del filamento. En 1958, Hillert y Lang describieron la existencia de nanotubos de carbono con textura concéntrica (determinada por difracción de electrones) o de tipo bambú, junto con otras morfologías (e indicaban ya que el crecimiento de filamentos grafíticos había sido recientemente redescubierto). En cualquier caso, la cuestión permaneció en debate hasta los 70, en que el TEM adquirió suficiente resolución. Así, el grupo de Agnès Oberlin en 1976, mostró una imagen TEM de un nanotubo de carbono que, de acuerdo a su diámetro de unos 5 nm debía ser, probablemente, de pared múltiple.

Imagen de nanotubo de carbono obtenida por Oberlin y col. 1976
Imagen de nanotubo de carbono obtenida por Oberlin y col. 1976

La cuestión que permanece es ¿por qué la comunidad científica parece haber descubierto los nanotubos de carbono en 1991 y no 40 años antes? Pues existen varios motivos. En primer lugar los expertos en ciencia de materiales buscaban prevenir la formación de estos nanotubos en la industria del carbón y del acero, y por tanto estudiaban los mecanismos de formación. La “revolución” llegó cuando los físicos se interesaron por los nanotubos de carbono, físicos y por tanto no conocían la literatura anterior, publicada en revistas de perfil químico y de ciencia de materiales.

Por otro lado, en 1991 la comunidad científica ya estaba capacitada para pensar en “nano”. Por ello, la publicación de Iijima en Nature tuvo un impacto enorme al tratarse de un artículo de indudable calidad en una revista generalista de muy alto índice de impacto y aprovechó la fama de sus hermanos los fullerenos en una comunidad científica que estaba en la “nanoonda”. Por tanto, a pesar de no ser el descubridor de los nanotubos, hay que reconocer que Iijima revolucionó el nanomundo del carbono y condicionó la evolución de los trabajos en nanotubos. No ganó el Nobel por su no-descubrimiento, pero recibió en 2008 el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica.

Galardonados con el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica, 2008. A la derecha de la imagen, Sumio Iijima.
Galardonados con el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica, 2008. A la derecha de la imagen, Sumio Iijima.

Referencias

L.V. Radushkevich, V.M. Lukyanovich, O strukture ugleroda, obrazujucegosja pri termiceskom razlozenii okisi ugleroda na zeleznom kontakte Zurn Fisic Chim, 26 (1952), 88

M. Hillert, N. Lange, The structure of graphite filaments, Z Kristallogr, 111 (1958), 24

A. Oberlin, M. Endo, T. Koyama, Filamentous growth of carbon through benzene decomposition, J. Cryst. Growth, 32 (1976), 335

S. Iijima, Helical microtubules of graphite carbon. Nature 354 (1991) 56

M. Monthioux, V. L. Kuznetsov, Who should be given the credit for the discovery of carbon nanotubes? Carbon 44 (2006), 1621

N. Martín, Sobre fullerenos, nanotubos de carbono y grafenos, Arbor 187 (2011), 115 http://dx.doi.org/10.3989/arbor.2011.extran1117



Por Teresa Valdés-Solís, publicado el 13 enero, 2014
Categoría(s): Divulgación • Química

 

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