Dos dels invents genials que hem
utilitzat al llarg de la nostra vida han estat el llapis i la goma d’esborrar.
En un segon pla (ja que podíem utilitzar altres utensilis) hi ha la maquineta
de fer punta al llapis. Tot el que hi havia abans –ploma d’ànec i tinta– i el
que ha vingut després –ploma estilogràfica, "bolis", pilots…– també ho hem sabut
aprofitar, peró no tenen la versatilitat d’aquests dos instruments gràfics.
El llapis –aquest estri format per una petita
funda de fusta amb una ànima d’un material de color gris fosc– és una eina que
aviat vam descobrir que ens permetia fer un traç, escriure una paraula o fer un
dibuix; una eina amb la qual, amb molta facilitat, podíem escriure els nostres
pensaments o dibuixar la nostra imaginació. I recordem fer-ho sense por
d’equivocar-nos ja que podíem esborrar l’errada (paraula o dibuix) i tornar a
escriure, a sobre, ara sense l’errada comesa: sense taques, sense tatxadures, gairebé sense ni que es notés la correcció…
De menuts ens preguntàvem ¿què era això que feia
que podéssim escriure amb tanta facilitat, ho poguéssim esborrar –fer-ho
desaparèixer!– i continuar escrivint com si res no hagués passat? I quan
s’acabava el tros de mina que sortia per la punta, agafavem la maquineta de fer
punta al llapis i treiem un altre tros de punta, afuada, per continuar
treballant.
De menuts tots havíem tingut un llapis als dits,
tots havíem constatat l’encís que ens produïa guixar amb un llapis, i tots no
vam parar fins esberlar, per primera vegada, la fusta protectora de l’ànima del
llapis per tal de poder contemplar amb els dits allò que ens permetia plasmar
amb tanta facilitat la nostra imaginació. Amb un ganivet ben esmolat obrírem
–de dalt a baix– la fusta i va aparèixer davant nostre –amb molta sort sencera–
la “mina” una cosa fina, prima, dèbil, que es trencava amb facilitat si no
teníem cura i que ens va embrutar de negre els dits mentre la remenàvem: vam
tenir la primera experiència amb un material desconegut per a nosaltres i vam
rebre una esbroncada de la mare per haver espatllat un llapis.
De més grans, quan al col·legi estudiàvem física i
química, vam aprendre que la base de tota la vida coneguda a la terra és el
Carboni i que aquest es presenta a la Naturalesa sota dues formes
al·lotròpiques pures (un mateix element que té estructures químiques diferents):
el diamant (del grec adámas,
inalterable) i el grafit (del grec graphein,
escriure). I quina va ser la nostre sorpresa quan vam saber que la “mina” del
llapis és de grafit. La nostra pregunta va sorgir immediata: ¿com és possible
que un mineral es pugui presentar sota dues formes tan diferents i oposades com
diamant, el mineral més dur i transparent, i el grafit, el més tou i de color
negre?
* * *
Tot aquest preàmbul és per parlar del grafè, material que va ser preparat i
identificat com una capa aïllada constituent del grafit. L’estructura del
grafit fa molts anys que és coneguda i des de feia molt de temps els científics
intentaven aïllar-ne les capes constituents que, cada una d’elles, és com una
tela de galliner sobreposada sobre una altra per dèbils forces. Molts esforços
s’havien fet en el camp químic i micromecànic i s’havien arribat a aconseguir
mostres de 10-12 capes, però mai s’havia arribat a aïllar una capa sola.
L’any 2004 Andre
K. Geim –un holandès nascut a Rússia– i Konstantin Novoselov –de nacionalitat russa i britànica– professors
de la Universitat de Manchester, van aconseguir, amb una tècnica rudimentària
(com tots els grans descobriments), preparar
i identificar una capa constituent del grafit del gruix d’un àtom: havia
nascut el grafè. ¿I com ho van fer? Van fer una ratlla amb un llapis en un
paper i a sobre hi van posar cinta adhesiva. La van arrencar i aquesta la van
cobrir amb un altre tros de cinta adhesiva, van separar els dos trossos de
cinta i van repetir el procés unes
trenta vegades fins que el microscopi els va indicar que el residu tenia una
sola capa: s’havia obtingut el grafè.
¿I què té d’especial el grafè? Doncs, com diu el Dr.
Josep Castells*: per primera vegada en la història de la
humanitat, hom disposava d’un objecte, d’una realitat material que és un
objecte bidimensional. En aquest món
totes les altres coses són tridimensionals
i no sembla probable que en molt temps, la humanitat disposi de cap altra
realitat bidimensional. Tant important és l’esdeveniment que el 2010 els
seus descobridors van rebre el Premi Nobel de Física. El
grafè és una forma de Carboni d’un gruix d’un àtom, i aquesta forma plana té unes
propietats tan excepcionals que la seva aplicació en el món tecnològic d’avui
ens farà canviar moltes de les nostres maneres de funcionar. La seva estructura és com una tela de galliner o com un rusc d'abelles i les seves característiques físiques són
realment espectaculars.
El grafè és el material:
- més prim (3M de fulls de grafè, un sobre l’altre, fan un gruix d’1mm)
- amb una àrea superficial més gran (2630m2/g)
- més fort mai mesurat (200 vegades més fort que l’acer): faria falta un elefant, reposant sobre un llapis, per travessar un mocador de coll fet de grafè
- més rígid o dur (més que el diamant)
- és el cristall més “estirable” i plegable (20% d’elasticitat)
- té el rècord de conductivitat tèrmica (superior a la del diamant)
- té la més alta densitat de corrent a temperatura ambient (1M de vegades la del Cu)
- és completament impermeable (no el travessen ni els àtoms d’He)
- té la mobilitat intrínseca més alta (100 vegades la del Si)
- condueix l’electricitat en el límit of no electrons (això és pels entesos)
- portador de càrrega més lleuger (massa zero en repòs)
- té el més llarg pas mitjà lliure a temperatura ambient (interval de l’ordre de la micra)
- genera electricitat quan li incideix la llum
- capaç d’autoreparar-se si es produeix un forat a la seva estructura
Moltes d’aquestes coses probablement no les
arribem a entendre, però aquesta troballa supera les teories de la relativitat i la mecànina quàntica. Es mou en la teoria de l’electrodinàmica quàntica (QED, quantum
electrodinamics).
El grafè és un material completament nou i això
farà que es crein nous materials i aparegui una electrònica innovadora: els
transistors ja no seran de silici, els computadors seran mès eficients, les
pantalles tàctils transparents, lluminoses i flexibles, s’aplicarà a
dispositius de memòria, als elèctrodes, a sensors electroquímics… llàstima que Steve Jobs ja no sigui entre nosaltres per deleitar-nos amb una de les seves meravelloses
aplicacions.
 |
| S. Dalí: La persistència de la memòria (1934) coneguda com Els rellotges tous (MOMA) ¿Rellotges de grafè fa 80 anys? |
Que és una de les descobertes extraordinàries dels darrers temps ho fa palès
les inversions en investigació i aplicacions que s’estan fent arreu del món i
les patents que ja s’han enregistrat. La Comissió Europea va anunciar, el mes
de gener, que invertiria 2000M d’euros en dues línies d’investigació: el Projecte Cervell Humà i el Projecte Grafè. En aquest darrer hi
tindrà un paper rellevant Catalunya ja que una de les nou institucions que hi
participen és l’Institut Català de Nanotecnologia (ICN), ubicat al campus de la
UAB.
* Josep
Castells i Guardiola, doctor en Ciències Químiques, Ph. D.
per la Universitat de Manchester,
investigador associat a la Universitat
d'Oxford, professor del CSIC, catedràtic
emèrit de Química Orgànica a la UB,
membre de l'IEC, expert de la UNESCO en tècniques electroscòpiques,
membre de la Real
Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. La majoria de les dades que cito figuren al
discurs d’inauguració del curs acadèmic 2012-2013 de la Reial Acadèmia de Ciències i Arts de Barcelona, de la que també
forma part, i que pronuncià sota el títol El
grafè
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada