El grafè o la capa monoatòmica cristal·lina de carboni: Andre Geim i Konstantin Novoselov (Premi Nobel de Física, 2010)

Ciència de materials: Fa unes hores, s’anunciava a la Reial Acadèmia Sueca de Ciències que Andre Geim i Konstantin Novoselov rebrien el Premi Nobel de Física d’enguany “per experiments fundacionals quant al grafè”. El jurat fa curt, ja que Geim i Novoselov foren els primers en produir, aïllar, identificar i caracteritzar el grafè, una encadenació d’èxits que rarament s’esdevé en la ciència de materials. Bona part de la recerca la van dur a terme fa 6-10 anys, quan Konstantin Novoselov feia el treball de tesi doctoral sota la direcció d’Andre Geim. El temps ha passat i ara Novoselov, de 36 anys, s’apropa cada vegada més a l’edat que tenia llavors Andre Geim. Amb aquesta mitja generació de diferència, tots dos van fer el camí de la Rússia originària cap als Països Baixos i, després, cap a la Universitat de Manchester, on tots dos ocupen places docents.

Andre Geim

Andre K. Geim (*Sotxi, 1958) es va doctorar el 1987 en l’Institut de Física de l’Estat Sòlid de Txernogolovka. La seva etapa postdoctoral la conduí als Països Baixos, on va realitzar també els seus primers estudis sobre el grafè. En l’actualitat, té la doble nacionalitat russa i neerlandesa, per bé que resideix a Manchester.

Konstantin Novoselov

Konstantin S. Novoselov (*Nizkni Tagil, Rússia, 1974) es va graduar en física a Rússia. A diferència de Geim, però, ell va sortir del país per fer la tesi doctoral. Anà a parar a la Universitat Radboud de Nimega, en els Països Baixos. Sota la direcció de Geim, es posà a treballar en el grafè. Quan va llegir la tesi doctoral, el 2004, les recerques ja havien produït un gran impacte no només en les revistes especialitzades sinó també entre el gran públic (Novoselov et al., 2004).

El grafè

El grafè és una de les formes cristal·lines que poden adoptar els àtoms de carboni. La particularitat del grafè és el fet de consistir en una capa monoatòmica, és a dir en una xarxa cristal·lina bidimensional d’àtoms de carboni. Els àtoms de carboni del grafè formen una xarxa hexagonal, amb una distància uniforme de cada àtom de carboni respecte dels seus veïns (0,142 nm). En aquest sentit, el grafè és el primer material conegut d’una nova classe de materials: els cristalls bidimensionals. En el darrer quinquenni hom ha pogut obtenir cristalls bidimensionals de nitrur de bor (BN) i de disulfur de molibdè (MoS2).

Val a dir, que el concepte de grafè fou introduït originàriament en els anys 1940. Llavors era, sobretot, una eina teòrica per a la física de l’estat sòlid. En aquest grafè teòric, s’estudiaren les propietats quàntiques que el fan tan atractiu.

Aquesta estructura bidimensional, fa del grafè la llàmina més perfecta. És un dels materials més forts que es coneixen. És un excel·lent conductor de calor. També és un bon conductor elèctric, equiparable a l’argent o al coure.

El grafè, per aquesta característica bidimensional, és transparent a la radiació. Però, si la xarxa és íntegra, cap material (ni tan sols l’heli, el gas noble més lleuger) no pot traspassar-lo.

El desenvolupament del grafè, a partir del 2004, també ens ha ajudat a definir millor altres formes de carboni més ben conegudes, com els ful·lerens o els nanotubs. De fet, es pot considerar que un ful·lerè és el resultat del plegament d’una superfície de grafè fins a formar una estructura tridimensional en forma de pilota de futbol. Els nanotubs es poden considerar com un grafè que es plega sobre ell mateix fins a tancar-se en una estructura tubular.

Geim i Novoselov han tingut un paper central en la definició i en l’estudi del grafè. Primerament, sobre l’obtenció del grafè a partir de grafit. El grafit és la forma més comuna de carboni simple en la natura, amb una cristal·lització hexagonal. Per fer-ho, havien de dipositar els àtoms de carboni damunt d’una superfície adhesiva. Aquí va una part bona, perquè, no debades, Andre Geim havia estat guardonat el 2000, juntament amb Michael Berry, amb el Premi Ig Nobel, per emprar granotes com a subjecte experimental de levitació magnètica (Berry i Geim, 1997). Quina podia ésser la superfície adhesiva adient? Geim va provar amb una cinta comercial de la casa Scotch, tal com havia suggerit anys abans el grup de recerca de R. S. Ruoff a la revista Nanotechnology (Lu et al., 1999). I gràcies a aquesta cinta, entre d’altres coses, naturalment, Geim i Novoselov reeixiren a obtindre un material cristal·lí bidimensionalment perfecte i prou estable.

El grafè té en l’actualitat interès com a superfície model per a estudiar aspectes fonamentals de la física quàntica i de la ciència de materials. L’ús de grafè, per comptes de sílice, en la confecció de transistors podria contribuir a la construcció de computadores més ràpides i eficients. També s’ha postulat el grafè com la base per al desenvolupament de cèl·lules solars, de panells lluminosos o de pantalles tàctils.

El grafè també podria combinar-se amb plàstics, per tal de fer-los electroconductors, més termoresistents o més robustos. Moltes aplicacions industrials demanen materials robustos que siguin alhora lleugers i elàstics, i que se’ls pugui fabricar en un ample ventall de formes.

Lligams:

"The 2010 Nobel Prize in Physics – Press Release". Nobelprize.org. 5 Oct 2010.

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.