El carbono y la nanotecnolog¨ªa del siglo XXI

Quiz¨¢s ning¨²n otro elemento qu¨ªmico est¨¦ tan pr¨®ximo al ser humano como el carbono, el cual es la base sobre la que se asienta la vida. Y, curiosamente, es muy posible que tras los recientes descubrimientos de la tercera forma alotr¨®pica del elemento carbono (adem¨¢s de las ya conocidas diamante y grafito) constituida por los denominados fulerenos (estructuras de carbono en forma de jaulas cerradas) y nanotubos (estructuras de carbono en forma tubular, a veces con multicapas conc¨¦ntricas), a lo largo de los pr¨®ximos a?os veamos aplicaciones sorprendentes de estos nuevos compuestos de carbono.

Desde su descubrimiento en 1985 por Harold Kroto, Richard E. Smalley y Robert F. Curl, y la posterior concesi¨®n del Premio Nobel de Qu¨ªmica en 1996, se han buscado aplicaciones ¨²tiles de estos compuestos que mejoren las condiciones de vida de nuestra sociedad. Ahora puede asegurarse que esta nueva era de nanoestructuras de carbono de dimensiones nanom¨¦tricas (mil millon¨¦sima de metro) ha comenzado. La compa?¨ªa japonesa Mitsubishi Chemical Corporation ha lanzado una producci¨®n de fulerenos que pasar¨¢ de 400 kilogramos producidos durante su primer a?o 2002, a una capacidad de producci¨®n de 1.500 toneladas previstas para el a?o 2007. Este hecho supone rebajar el coste de fulerenos de 10 a 100 veces su precio actual y, por tanto, abre las puertas a su uso en la nanotecnolog¨ªa futura.

Pero, ?qu¨¦ tienen los fulerenos y nanotubos de especial? Su forma singular (esf¨¦rica o cil¨ªndrica, respectivamente) les confiere unas propiedades mec¨¢nicas, electr¨®nicas y fotof¨ªsicas excepcionales. Adem¨¢s de la ya conocida resistencia a la tensi¨®n de los nanotubos, cien veces superior al acero, estos pueden presentar propiedades el¨¦ctricas met¨¢licas, o bien comportarse como semiconductores. Por otra parte, los nanotubos ya se han logrado disolver en disolventes org¨¢nicos, abriendo as¨ª el camino a su manipulaci¨®n qu¨ªmica y, por tanto, a sus aplicaciones.

Por poner un ejemplo reciente, cient¨ªficos de IBM han publicado hace tan solo un par de meses la generaci¨®n de corriente el¨¦ctrica en un nanotubo de carbono mediante irradiaci¨®n con luz. Dado que la intensidad de corriente puede medirse, se ha preparado un dispositivo que act¨²a como un fotodetector ?de tama?o molecular!

El fulereno C60, una mol¨¦cula constituida por 60 ¨¢tomos de carbono con la geometr¨ªa id¨¦ntica a la de un bal¨®n de f¨²tbol (pocos aficionados a este deporte conocen en detalle los pent¨¢gonos y hex¨¢gonos que contiene el bal¨®n que levanta tantas pasiones), es la m¨¢s estudiada, abundante y barata de los fulerenos. Su uso en la preparaci¨®n de c¨¦lulas solares de pl¨¢stico representa una de las aplicaciones m¨¢s realistas. El consorcio europeo en el que participamos prepar¨® recientemente c¨¦lulas solares de pl¨¢stico con las eficiencias de conversi¨®n de luz solar en energ¨ªa el¨¦ctrica m¨¢s altas (3 %) conocidas para c¨¦lulas de naturaleza org¨¢nica.

El desarrollo sostenible de nuestro planeta precisa de energ¨ªa abundante, barata y limpia. Esta energ¨ªa la recibimos a diario del Sol. Sin embargo, ¨¦sta se pierde en gran parte, si exceptuamos, naturalmente, el proceso de la fotos¨ªntesis que realizan plantas y bacterias y que generan la biomasa y los combustibles f¨®siles, los cuales pueden considerarse energ¨ªa solar almacenada en el interior de nuestro planeta.

Estas c¨¦lulas solares son ligeras, flexibles y manejables como pl¨¢sticos. Sin embargo, su vida media antes de su deterioro y su baja eficiencia hacen que a¨²n est¨¦n lejos de su comercializaci¨®n.

El reto de los nuevos compuestos derivados de carbono para el desarrollo de la nanotecnolog¨ªa de este nuevo siglo est¨¢ frente a nosotros. La apuesta de Mitsubishi es un paso fundamental y ya no da opci¨®n a rechazar dicho reto.

El premio Nobel Richard Feynman en su famosa disertaci¨®n a la Sociedad F¨ªsica Americana en 1959 titulada There is plenty of room at the bottom (Hay mucho espacio al fondo) fue el creador de la nanociencia y la nanotecnolog¨ªa. En el futuro ya inmediato ser¨¢n ciertas mol¨¦culas inteligentes las que actuar¨¢n como m¨¢quinas de tama?o de la mil millon¨¦sima de metro. No es dif¨ªcil prever un futuro con ordenadores, tel¨¦fonos m¨®viles y, en general, dispositivos electr¨®nicos de tama?o extraordinariamente inferior al actual. Sin duda que el carbono a trav¨¦s de fulerenos y nanotubos seguir¨¢ estando pr¨®ximo al ser humano y ser¨¢ actor excepcional de tan apasionante futuro.

Nazario Mart¨ªn Le¨®n es catedr¨¢tico de Qu¨ªmica Org¨¢nica de la Universidad Complutense de Madrid.