Apenas transcurre una semana sin que alguien proclame una nueva aplicación para el grafeno. Si se enrolla una hoja de grafeno y se introduce en un tubo, forma un nanotubo de carbono, otro material estrella con numerosas aplicaciones. Y si lo doblamos aún más para formar una pelota, con una pequeña recolocación de enlaces químicos, y forma futbolenos.
Ahora hay un recién llegado a la familia de las estructuras del carbono. El pasado mes, un equipo de la Universidad Estatal de Pensilvania (EEUU) anunció que habían creado una nueva versión que adopta la forma de un cristal de diamante de una dimensión cubierto de hidrógeno. Llaman a este nuevo material nanohilo de diamante.
El avance causó un gran entusiasmo y suscitó algunas preguntas interesantes. Los científicos de materiales están fascinados por las propiedades potenciales del nanohilo de diamante y sus aplicaciones. Pero un temor es que tal hilo resulte tan quebradizo que se haga añicos como el cristal bajo cualquier tipo de carga, una propiedad que limitaría seriamente su uso.
Hoy adquirimos unos nuevos conocimientos acerca de los nanohilos de diamante gracias al trabajo de Haifei Zhan de la Universidad de Tecnología de Queensland (Australia) y sus compañeros. Han modelado los hilos utilizando unas simulaciones de dinámicas moleculares a gran escala. Y concluyen que el material podría ser más versátil de lo que nadie se podía imaginar. Existen señales tentativas de que el nanohilo de diamante podría ser un nuevo material prodigioso por derecho propio.
El equipo fabricó el nanohilo de moléculas de benceno, unos sencillos anillos de átomos de carbono. No resulta difícil imaginar cómo una pila de estos nanohilos podría unirse para formar un hilo.
Y eso es exactamente lo que hicieron. Apilaron las moléculas en línea, les aplicaron presión para que las moléculas se polimerizaran. Y, voilá, se formó un nanohilo de diamante.
Eso suena sencillo en teoría, pero la complejidad surge de la manera en la que se unen los átomos de carbono. Varias configuraciones son posibles, y la cuestión que investiga el equipo de Zhan es cómo las propiedades del hilo dependen de estos arreglos.
Concretamente, el equipo de Zhan analiza las dos configuraciones más comunes. La primera es un sencillo benceno polimerizado -una pila de estos anillos unidos-. Es una molécula rígida que se vuelve cada vez más quebradiza según se alargue. Construir cualquier cosa compleja con largas extensiones de polibenceno sería como intentar coser con espaguetis crudos.
Pero existe otra configuración de átomos de carbono conocidos como defectos de Stone-Wales, y resultan mucho más maleables. De hecho, los defectos de Stone-Wales se comportan como bisagras que conectan secciones de polibenceno.
El equipo de Zhan simula cómo varían las propiedades del nanohilo cuando aumenta la densidad de estos defectos. Y concluyen que cuando la densidad atraviesa un umbral determinado, el hilo cambia repentinamente de ser quebradizo a ser totalmente flexible - similar a la diferencia entre los espaguetis crudos y cocidos.
Es un resultado interesante. Implica que la propiedad del nanohilo se puede ajustar mediante el sencillo control de la densidad de defectos de Stone-Wales en su extensión. Así que se podría hacer que algunas partes del hilo sean rígidas mientras otras sean completamente flexibles.
¿Y las aplicaciones en potencia? "Su ductilidad altamente sintonizable junto con su densidad ultraligera y alto módulo de Young hacen que el nanohilo de diamante sea idóneo para la creación de nanoarquitecturas en tres dimensiones altamente resistentes", afirma el equipo de Zhan.
Por supuesto, este trabajo sólo representa una simulación. Con casi total certeza, habrá diferencias entre sus predicciones y el comportamiento de los nanohilos de diamante en el mundo real. Así que el próximo paso será que los científicos de materiales creen algunos kits de construcción de nanohilos y empiecen a medir las propiedades reales de este material.
Dado el enorme interés por la arquitectura del carbono y las vastas cantidades de dinero que se están invirtiendo en esta área - la Unión Europea tiene un proyecto de investigación de 1.000 millones de euros centrado únicamente en el grafeno - seguramente no pasará mucho tiempo antes de poder observar los nanohilos de diamante en versión real y algunas de las extraordinarias aplicaciones que debería posibilitar.
Ref: arxiv.org/abs/1511.01583: From Brittle to Ductile: A Structure Dependent Ductility of Diamond Nanothread