Nanohodien nanomundua

Gaiak zientzia-fikzioa dirudi; gaur egun 40 milioi transistore sartzen dira zigilu batean! Muga non dagoen garbi dago, molekula mailakoak dira imajina daitezkeen tresnarik txikienak. Baina, gai izango ote gara horraino iristeko?

Oraingoz mugatik nahiko urrun gauden arren, nanoteknologiak hartu duen garrantziak gaiaren dimentsioaren berri ematen digu. Ikertzaileek aplikazio gehiago aurkitzen dituzte egunetik egunera eta nanoteknologiaren aurkako mugimenduak ere sortu dira, teknologia berritzaileekin gertatu ohi den legez. Nanoteknologia begi onez ikusten ez dutenek poluzio-iturri gisa daukate, eta, berandu baino lehen, sortutako hondakinek ingurumenean eta giza osasunean izan ditzaketen ondorioak ikertzeko eskatzen dute.

Hodi nanoak baino zerbait gehiago

90eko hamarkadan molekula mailako tresnak egitea lortu zen arren, 2001. urtera arte ez zen lortu halako tresna ñimiñoak elkarrekin konektatzerik; orduan, oinarrizko eragiketa konputazionalak egitea lortu zen. Horretarako material desberdinetako nanokableak erabili izan diren arren, karbonozko nanohodiak dira ikertzaileek gehien maite dituztenak.

Izan ere, karbonozko nanohodiek oso ezaugarri bereziak dituzte, eta, horregatik, erabilera asko izan ditzaketela uste da. Hasteko, atomikoki egitura berezia dute. Nanohodiak karbonoz osatutako hexagonozko sareak dira, zilindro eran biribilduta. Hexagonoen bihurduraren arabera, nanohodiaren propietate elektrikoak aldatu egiten dira; hala, eroaleak zein erdieroaleak izan daitezke.

Hastapenetan baloia

Nanohodien jatorria fulereno izeneko molekulan datza. Fulerenoak baloi-itxurako egitura duten karbonozko molekulak dira. Bertan, karbono-atomoak hexagono eta pentagonotan bilduta daude futboleko baloi baten antzeko esfera bat osatuz. Atomo-kopuruaren araberakoa da molekula horren diametroa. Lehenengo ekoiztutakoak 60 eta 70 karbono-atomokoak izan ziren, egiturarik egonkorrenak ziren; baina dagoeneko badira 20, 32, 50 eta 540 atomokoak ere, besteak beste.

Nanohodiak fulerenoaren eta grafitoaren egituren konbinazio gisa deskribatu izan dira; izan ere, grafitoarenak bezalako geruzaz osatuta daude. Geruza horiek zilindro eran daude tolestuta eta ertzetan fulerenoaren molekula-erdiak agertzen dira hodiak itxiz.

Karbonozko nanohodiak geruza ugariz osatuta egon daitezke, tipuletan bezala bata bestearen gainean jarrita, baina geruza bakarrekoak dira nanozirkuituetan konexioak egiteko erabiltzen direnak, geruza askotako nanohodien egitura eta, ondorioz, eroankortasuna kontrolatzea oso zaila baita. Nanometro inguruko diametroa izan ohi dute, eta eroaleak izan behar dute, noski, baina ezaugarri nagusia da mihiztatzeko gai direla; hala, zirkuituan bertan, beste nanohodi batzuei eta beste pieza batzuei lotzen zaizkie.

Ikus daitekeenez, karbonozko nanohodiak txip molekularrak egiteko ezin egokiagoak dira, baina teknologia-mota hori oraindik heldu gabe dago, eta baliteke aurrera egin ahala hain egokiak ez direla konturatzea.

Oraingoz, behintzat, nanohodiek etorkizun handia dutela dirudi. Zirkuituetarako nanokableen lana egiteaz gain, dagoeneko badituzte beste aplikazio batzuk. Esaterako, SPM mikroskopian erresoluzioa hobetzea eragin dute, eta Samsung etxeak pantailetan koloretako irudiak dituzten tresnetan erabili ditu.

Erabilerak airean

Teorian, nanohodien ezaugarririk gehienak ezagutzen dira, baina praktikan zenbait ezin izan dira oraindik frogatu. Hala ere, kalkulu teorikoei esker, aplikazioak ia eremu guztietan izan ditzaketela uste da.

Esate baterako, hegazkinen hegoak nanohodiz estaliz, energia estatikoaren eraginez sortzen diren txinpartek sutea eragitea eragotziko litzateke. Aeronautikan eta astronautikan ere buru-belarri ari dira espazio-ontzietan izan ditzaketen erabilerak ikertzen. Etorkizunean autoen eta era guztietako aireontzien osagai nagusiak ez omen dira metalezkoak izango, beste material batzuen txanda izango omen da, karbonoarena besteak beste.

Ehunen mundua ere astinduko omen du nanoteknologiak. Karbonozko nanohodiak tartekatuta dituzten ehunekin balen aurkako jantzirik eraginkorrenak egingo dira, orain arteko sendoenak eta arinenak. Eta, irudimena aske utziz, nanohodietan oinarritutako ordenagailu txikiak dituzten arropak imajina ditzakegu, garbitzeko premia noiz duten abisatuko dutenak, edo bizi-konstanteen berri ematen dutenak, adibidez.

Ikus daitekeenez, erabilgarriak izan daitezkeen propietateak dituzte nanohodiek.

Zientzia-fikzioa?

Irudimena astinduz jarraituko dugu. Etorkizuneko hiri batean, auto batek bazterra jo du; autoak matxurak ditu, baina segundo gutxiren buruan hasierako itxura berreskuratu du!

Agian, etorkizunean posible izango da halako autoak fabrikatzea; karbonozko nanohodiak erabiliz hori ere. Izan ere, hodi horien propietate deigarrienetako bat elastikotasuna da. Asko oker daitezke hautsi aurretik, baina ez hori bakarrik, okertu dituen indarra gelditutakoan lehengo itxura berreskuratzeko gai dira. Beraz, autoen karrozeria karbonozko nanohodiz eginez gero, istripu batean mailatu ondoren jatorrizko itxura hartuko lukete. Hala ere, ingeniariek lan handia egin beharko dute aurretik autoak errebotatzea nahi ez badute, kolpearen indarraz beraz.

Ekonomia-kontuak

Material hori hain zoragarria bada, zergatik ez dugu dagoeneko egunero erabiltzen ditugun tresnetan aurkitzen? Galdera erraza da, baina erantzuna ez hainbeste; izan ere, erantzun posible bat baino gehiago dago. Diru-kontuak ezin dira ahaztu. Oraindik ez da lortu nanohodiak kopuru handietan ekoiztea; horrek esan nahi produktu garestia dela, azken urteetan etengabe merkatzen doan arren. Zenbait aplikaziotarako, karbonozko zuntzaren prezio bera izatea nahikoa izango litzateke ekonomikoki bideragarria izateko. Eta denborarekin ez dirudi helburua lortzea gaitza izango denik, sintesirako erabiltzen diren lehengaiak ugariak baitira, eta sintesi-prozesua bera ez baita garestia.

Beraz, ikertzaileen helburuetako bat karbonozko nanohodiak kopuru handietan erraz ekoizteko era bilatzea da, hau da, sintesia industrialki egiteko era aurkitzea.

Oraingoz, hiru sintesi-bide erabiltzen dira gehienbat, baina horietatik bi industriara eramateko zailak dira eta lortzen diren produktuak purifikatzea ere ez da erraza. Hirugarren metodoan gas naturala erabiltzen da karbonozko nanohodiak prestatzeko; ondorioz, nahiko merkea da sintesia, eta produktuaren kopurua erraz kontrola daiteke; baina erreakzioan etekin handiagoa lortu beharko da produktu merkea nahi bada.

Bestalde, kontuan izan behar da oso berria dela nanohodien teknologia, nahiz eta oso azkar ari den garatzen. Ondorioz, nekez gauzatuko dira iragarri diren erabilpen guztiak, eta, aldi berean, ikerketak aurrera egin ahala, aplikazio gehiago izatea ere espero da.

Nanohodien nanomundua jaio da eta zientzia-fikziozko film eta liburuetako teknologia harrigarriak geroz eta errealagoak dira. Errealitatea irudimena baino urrunago iritsiko ote da?

Beste material batzuetako nanohodiak

Teorian, egitura kristalino laminarra daukan edozein materialek osa ditzake nanohodiak. Dena dela, gaur egun karbonozkoak dira sintetizatzen errazenak.

Hala ere, beste materialak ere ikertzen dira; hala nola, boro nitruroa, titanioa eta boroarekin, karbonoarekin eta nitrogenoarekin egindako konbinazioak. Batez ere, karbonozko nanohodiek ez dituzten ezaugarriak bilatzen dira beste materialetako nanohodietan.

Esate baterako, boro nitrurozko nanohodiak oso interesgarriak dira guztiek propietate elektroniko berdinak baitituzte. Horrela, isolatzaileak diren arren, dopatuta gai dira korronte elektrikoa eroateko.

Karbonozko nanohodiak gas-sentsoreak egiteko erabiltzen diren arren, titaniozkoak paregabeak dira hidrogeno-sentsoreak egiteko. Izan ere, oso sentikorrak izateaz gain, behin eta berriz erabil daitezkeela ikusi dute.

Oinarrizko ikerketa oraindik ez da iritsi nanohodiak osa ditzaketen material guztietara, baina patenteen guda dagoeneko hasi da, eta diru asko dago jokoan.

Karbonozko nanohodien karakterizazioa eta sailkapena

Nanohodien propietateak egituraren araberakoak dira, horregatik da hain garrantzizkoa egituraren araberako sailkapena.

Egitura nolakoa den jakiteko, nanohodiak argia nola difraktatzen duen neurtzen da. Eta sailkapena kalkulu teorikoaren ondorio da. Imajina dezagun nanohodiaren loturak mozten ditugula ardatzarekiko paraleloa den lerro zuzen batean, eta hodia osatzen duen geruza zabaltzen dugula.

Azalera horretan ertzak lotzen dituen bektorea definitzen da, irudiko kasuan (N,M) = (10,10).

Bektore horrek hodia zehatz-mehatz karakterizatzen du. Horrela, milioika konbinaketa egon daitezkeen arren, sailkapen orokor bat egin daiteke.

• N=M denean, besaulki erakoa da hodia.
• M=0 denean, sigi-saga erakoa.
• Beste kasu guztietan kirala da hodia.

Teorian, besaulki erako karbonozko nanohodiak metalak dira eroankortasunari dagokionez, N-M = 3n betetzen dutenak, berriz, erdieroaleak dira eta gainerako guztiak isolatzaileak.