En química, se denominan nanotubos a estructuras tubulares cuyo diámetro es del orden del nanómetro. Crédito: Wikipedia.El espacio aparentemente tiene su propia receta para fabricar nanotubos de carbono, una de las aportaciones más interesantes de la nanotecnología en la Tierra, y los metales están notoriamente ausentes de la lista de ingredientes.
El hallazgo es el sorprendente subproducto de los experimentos de laboratorio diseñados por Joseph Nuth y sus colegas en el Centro de Vuelo Espacial Goddard, en Greenbelt, Maryland, para abordar la cuestión astronómica de cómo el carbono se recicla en las regiones del espacio que generan las estrellas y los planetas. El trabajo también podría ayudar a los investigadores a comprender algunas observaciones desconcertantes de las supernovas.
En un artículo reciente en Astrophysical Journal Letters, el equipo de Nuth describe la modesta reacción química. A diferencia de los métodos actuales para la producción de nanotubos de carbono -diminutas estructuras, sin embargo fuertes, con una gama de usos en electrónica y, principalmente, en medicina-, el nuevo método no necesita la ayuda de un catalizador metálico. "En cambio, cuando se produjeron los nanotubos de partículas de polvo de grafito fueron expuestos a una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno", explica Nuth.
"Estoy sorprendido por las implicaciones de este documento, no sólo para la astrofísica, sino también para la ciencia de materiales", dice Dick Zare, el presidente del departamento de química de la Universidad de Stanford, en Stanford, California, "¿Podría ser que la Naturaleza conozca una nueva química para la fabricación de nanotubos de carbono que nosotros todavía tenemos que descubrir?"
Un indicio de esta posibilidad se produjo en 2008, cuando las largas y delgadas estructuras de carbono conocidas como bigotes de grafito -esencialmente los primos más grandes de los nanotubos de carbono-, fueron identificadas en tres meteoritos. Esta conclusión ofrece la tentadora posibilidad de que una neblina de los bigotes de grafito en el espacio podría explicar por qué algunas supernovas parecen más tenues, y por lo tanto más lejanas de lo que realmente están, según los modelos actuales. Sin embargo, "se sabe muy poco aún acerca de la formación de bigote de grafito, y es difícil de interpretar adecuadamente su descubrimiento," dice Marc Fries del Laboratorio de Propulsión Jet de la NASA, en Pasadena, California
Fries y Andrew Steele en el Instituto Carnegie para la Ciencia, Washington, informaron de los resultados de un meteorito.
Ahora, los experimentos del equipo de Nuth sugieren una posible vía para la formación de estas estructuras. Este es exactamente el tipo de enfoque fundamental necesario para una comprensión significativa de lo que los bigotes de grafito son y lo que su presencia significa en el contexto más amplio de la formación del sistema solar y las observaciones astronómicas", explica Fries.
El enfoque de Nuth es una variación de una manera bien establecida para producir gasolina y otros combustibles líquidos a partir del carbón. Se la conoce como la síntesis Fischer-Tropsch, y los investigadores sospechan que podría haber producido al menos algunos de los compuestos simples, basados en carbono, en el sistema solar temprano. Nuth propone que los nanotubos generados por este tipo de reacciones podrían ser la clave para el reciclado del carbono que se libera cuando los granos ricos en carbono son destruidos por las explosiones de supernovas.
Los nanotubos pueden crecer en grafito (izquierda) en una masa ingobernable (centro) de acuerdo a la receta "espacial". Los segmentos superpuestos en un único nanotubo (derecha) son un signo revelador de la estructura de copas apiladas. (imagen en la parte derecha reproducida de Astrophysical Journal Letters). Crédito de la imagen: Yuki Kimura, Universidad de Tohokus.La estructura de los nanotubos de carbono producidos en estos experimentos fue determinada por Yuki Kimura, un científico de materiales en la Universidad de Tohoku, Japón, que examinó las muestras en un poderoso microscopio de transmisión electrónica. Vio partículas en las cuales el grafito suave original se transformó gradualmente en una región no estructurada y, por último, una zona rica en masas como pelo enmarañado. Una mirada más cercana con un microscopio más potente demostró que estos zarcillos eran en realidad copas apiladas de nanotubos de carbono, que se asemejan a una pila de vasos de plástico con el fondo cortado.
Estas observaciones sorprendieron a Kimura, porque los nanotubos de carbono son típicamente cultivados con platino u otro metal como catalizador, pero en la reacción de Nuth no se utilizaron metales. Kimura chequeó si existió contaminación, pero "no encontramos la presencia de partículas metálicas que acompañen a los nanotubos en la muestra," él dice.
Si nuevos análisis y testeos indican además que el nuevo método es adecuado para aplicaciones de la ciencia de materiales, podrían complementar o incluso reemplazar la manera familiar de hacer nanotubos, explica Kimura. Esta posibilidad es más emocionante e invita a estudiar aún más el tema", dice Zare.
Los resultados también podrían abrir un nuevo campo de investigación en astronomía, ya que "podemos tomar los bigotes producidos e interrogarlos acerca de sus propiedades", dice Steele.
En particular, los investigadores pueden evaluar si los bigotes de grafito absorben la luz, señala. Un resultado positivo sería dar crédito a la proposición de que la presencia de estas moléculas en el espacio afectan a las observaciones de algunas supernovas. La capacidad de probar esta hipótesis podría iniciar una línea propia de estudio.
Fuente:
A Stellar, Metal-Free Way to Make Carbon Nanotubes (Elizabeth Zubritsky, Goddard Space Flight Center)
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