Nasz nano-sukces

Atomy węgla (zresztą wielu innych pierwiastków też) mogą się ze sobą łączyć na wiele różnych sposobów. Dzięki temu powstają struktury, które, choć ich skład jest identyczny, mają różne właściwości fizyczne. Takie zjawisko nosi nazwę alotropowości. Atomy węgla mogą być ułożone w sposób chaotyczny. Tak zwany węgiel amorficzny jest głównym składnikiem sadzy i w przemyśle jest wykorzystywany do produkcji na przykład opon. Z chemicznego punktu widzenia sadza i diament to to samo. Tyle tylko, że w diamencie atomy są ułożone w sposób uporządkowany. Dzięki wiązaniom innego typu, jakie łączą węgle w diamencie, ten materiał jest jednym z najtwardszych w przyrodzie. No właśnie, wiązania są tutaj sprawą kluczową. W graficie (to kolejna „odmiana” węgla) atomy też są uporządkowane, ale niektóre z łączących je wiązań są słabe. W efekcie grafit do dzisiaj wykorzystywany jest do pisania. Pocierając nim o jakąś powierzchnię (np. kartkę papieru), zostawiamy na niej kolejne warstwy węgla. „Odmian” węgla jest więcej. Na przykład lonsdaleit jest znajdowany tylko w miejscach uderzenia meteorytów. Najpewniej powstaje z grafitu pod wpływem bardzo wysokiej temperatury i ciśnienia wywołanego uderzeniem meteorytu w ziemię. Prawdziwą karierę robią jednak fulereny, nanorurki i grafen.

Świat w skali nano
Gdyby wziąć kilkadziesiąt, kilkaset albo nawet kilka tysięcy pojedynczych atomów węgla i rozsypać je na płaskiej powierzchni tak, by żaden atom nie leżał na innym – wtedy powstałby grafen. Warstwa węgla o grubości jednego atomu. Gdyby ją zwinąć w rulon – powstanie nanorurka. Gdyby z takiej węglowej, płaskiej warstwy uformować sferę, pustą w środku kulę – powstanie fuleren. Grafen, nanorurka, fuleren choć odkryte już jakiś czas temu, swoje oblicze zaczęły ujawniać dopiero przed kilkoma laty. Dają tak wiele możliwości, są tak niepodobne do wszystkiego, co naukowcy dotychczas w przyrodzie obserwowali, że powstała zupełnie nowa dziedzina nauki, która się nimi zajmuje. Nanotechnologia, czyli dziedzina zajmująca się zjawiskami w nanoświecie, badająca bardzo małe struktury i ich właściwości. Nano to jedna miliardowa, nanometr to jedna miliardowa część metra. Dzisiaj nanotechnologia zajmuje się nie tylko strukturami węglowymi, ale od nich zaczął się jej szybki rozwój. Początki tej dziedziny były bardzo trudne. Naukowcy nie potrafili tworzyć obiektów tak małych i tak subtelnych jak materiały o grubości jednego atomu. Badano te, które znajdowano, które tworzyły się same w wyniku zjawisk naturalnych. Później zaczęto te zjawiska naturalne powtarzać w laboratoriach. Symulowano np. wyładowania elektryczne, które – tak jak błyskawice w naturze – „produkowały” nanostruktury. Kłopot w tym, że w taki przypadkowy sposób produkowanych jest wiele różnych nanostruktur. Nanorurki o różnej długości i średnicy (czasami z wadami w swojej strukturze), fulereny, płytki grafenowe… wszystko ze sobą wymieszane. Naukowcy musieli poświęcać sporo czasu (i pieniędzy) na wybranie z takiej mieszaniny tego, co chcieli badać. Tak było do niedawna. Dzisiaj zaczynają pojawiać się sposoby na produkcję dokładnie tego, co naukowcy chcą.