Tal vez no lo sepas, pero el carbón que usas en un asado, el grafito del lápiz con el que escribes y el diamante que decora los anillos están hechos del mismo elemento químico: el carbono. ¿Por qué si están hechos del mismo elemento son tan diferentes en forma, color y precio? La diferencia en su forma y apariencia radica en la manera en que los átomos de carbón están acomodados en el espacio, es decir, su estructura. La diferencia en su costo radica en su abundancia o en la facilidad de obtenerlos.

     Además de estas formas familiares del carbono, existen materiales de carbono nanoestructurados, es decir, que sus dimensiones están en el rango nanométrico (un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro). Imagina que un metro lo divides entre mil, eso es un milímetro (mm); ahora toma ese milímetro y lo divides entre mil, eso es un micrómetro (µm); ahora ese micrómetro y divídelo otra vez entre mil y tendrás un nanómetro (nm). Los objetos en escala micrométrica ya son difíciles de ver y manipular (piensa en el diámetro de un cabello o en la pata de una hormiga) así que, para observar objetos en escala nanométrica necesitamos instrumentos especiales, mucho más potentes que nuestros ojos e incluso que un microscopio óptico. El instrumento más usado para “ver” nanomateriales es el microscopio electrónico de barrido. En México muchas instituciones que realizan investigación en nanociencias y nanotecnología poseen estos instrumentos que son básicos para permitir a los investigadores “observar” y confirmar que sus materiales son efectivamente nanomateriales.

     En las nanociencias, los nombres que se les dan a los materiales en escala nanométrica tienen similitud con objetos del mundo macroscópico; por ejemplo, existen nanotubos de carbono que realmente parecen tubos o popotes, sus paredes cilíndricas están hechas de carbono y son huecos (Figura 1). También existen nanolistones, nanoesferas, nanohojas (llamadas grafeno), ¡todos de carbono!

 

 

     Estos objetos son ejemplos de nanomateriales de carbono; existen muchos otros, como el grafeno, el óxido de grafeno, los quantum dots de carbono o el nanodiamante, y además combinaciones entre ellos llamados compositos, que dan lugar a materiales complejos con propiedades superiores. Los nanomateriales de carbono también se pueden combinar con nanomateriales de otra naturaleza (plata, oro, óxidos metálicos) para formar compositos heterogéneos.

     Además de confirmar la forma y el tamaño de los nanomateriales con microscopios electrónicos, los científicos usamos otras técnicas e instrumentos para estar seguros de que nuestros materiales tienen la composición química y la estructura que nosotros creemos o, si no tenemos idea de qué están hechos, para averiguarlo. Así, con otros análisis podemos confirmar que nuestros nanomateriales son puramente de carbono o si hay presentes otros elementos; además, podemos saber si los átomos están acomodados como en el grafito o en el diamante. Muchas de estas técnicas que nos auxilian se basan en radiación electromagnética (luz visible, láseres, rayos X, radiación UV, radiación infrarroja), al estudiar la interacción de nuestros materiales con ciertas longitudes de onda podemos extraer información muy valiosa.

     Lo maravilloso de estos nanomateriales de carbono son las propiedades sorprendentes y distintas (comparados con el carbón amorfo, el grafito y el diamante) que se presentan al hacerlos tan pequeños. Los nanotubos de carbono son flexibles y a la vez extremadamente fuertes, por ello pueden usarse como material de refuerzo en polímeros o hacer uso de sus propiedades eléctricas en dispositivos electrónicos. El grafeno, que es una lámina de carbono de un átomo de espesor, es muy flexible, fuerte, transparente, buen conductor eléctrico y térmico, por lo que puede sustituir a materiales tradicionales como el ITO (óxido de indio y estaño) en pantallas táctiles. El carbono es un material muy abundante en la corteza terrestre, por ello resulta muy conveniente; particularmente, los nanomateriales de carbono tienen aplicaciones biomédicas, electrónicas, en remediación ambiental, para modificar materiales tradicionales, entre otras. Hoy por hoy, existen muchas aplicaciones comerciales de nanoestructuras de carbono, ¡ya no es ciencia ficción!, sin embargo, hay todavía mucho que explorar y explotar de este nano mundo.

 

BIBLIOGRAFÍA

 

Reyes Gasga J (2020). Breve reseña histórica de la microscopía electrónica en México y el mundo. Mundo Nano 13(25):79-100.

Ruiz HAR, Gutiérrez CA, Luna D, Vega JF, Patiño GG, Arceta LA y Campos-Delgado J (2021). Síntesis de nanoestructuras de carbono mediante la Técnica de Deposición Química de Vapores: Una revisión general. TIP Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas 24:1-10.

Hernández J, Hernández T y Guzmán D (2022). Nanoestructuras en el diagnóstico no invasivo de la detección de compuestos orgánicos volátiles. Elementos 126:71-74.

Nava Galindo OI, León Bonilla HA y Herrera May AL (2018). Dispositivos de grafeno para detección de cáncer. Elementos 110:37-40.