Φανταστείτε ότι κρατάτε στο χέρι σας ένα ραβδί που αποτελείται από ένα μόνο μόριο. Ενα τέτοιο ραβδί θα ήταν τόσο λεπτό που δεν θα μπορούσατε καν να το δείτε με κοινό μικροσκόπιο. Θα ήταν ένας νανοσωλήνας με περιφέρεια αποτελούμενη από ελάχιστα άτομα. Αλλά θα μπορούσε και να είναι πολύ μακρύς… Ακριβώς ένας τέτοιος νανοσωλήνας από άνθρακα υπάρχει στα ερευνητικά εργαστήρια εδώ και 12 χρόνια και δεν παύει να εκπλήσσει καθημερινά τους επιστήμονες με τις ιδιότητες που ανακαλύπτουν ότι έχει. Οι τελευταίες μάλιστα εξελίξεις προδιαθέτουν ότι ο νανοσωλήνας αυτός είναι το δομικό στοιχείο ενός τελείως διαφορετικού κόσμου!
Ολα ξεκίνησαν με μια «μπάλα ποδοσφαίρου». Αυτό ήταν το σχήμα που επέλεξε ο αμερικανός αρχιτέκτονας R. Buckminister Fuller για να δομήσει έναν γεωδαιτικό θόλο, ένα ιγκλού από χωροδικτύωμα. Το ίδιο ακριβώς σχήμα συνάντησαν το 1985 οι χημικοί Harry Kroto, Richard Ε. Smalley και Robert F. Curl Jr., όταν ανακάλυψαν μια νέα μορφή μορίου άνθρακα, το C60, και το βάφτισαν – από το όνομα του αρχιτέκτονα – «φουλερίνη». Το μόριο αυτό απαρτίζεται από 60 άτομα άνθρακα διατεταγμένα σε κόλουρο εικοσάεδρο, ήτοι μία ποδοσφαιρική μπάλα με 12 πεντάγωνα και 20 εξάγωνα. Οπως διαπιστώθηκε, το μόριο αυτό ήταν το σφαιρικότερο και συμμετρικότερο μεγάλο μόριο στη φύση, με απίστευτη αντοχή και σκληρότητα: Εκσφενδονιζόμενο με ταχύτητα 30.000 χλμ. /ώρα κατά ατσάλινης πλάκας απλώς αναπηδούσε και παρέμενε άθικτο. Επίσης, συμπιεζόμενο κατά 70% του μεγέθους του γινόταν δύο φορές σκληρότερο από τον ξάδελφό του, το διαμάντι. Για την ανακάλυψή τους οι τρεις ερευνητές μοιράστηκαν το 1996 το Βραβείο Νομπέλ της χημείας.
Η ιστορία πήρε ακόμη δραματικότερη τροπή το 1991, όταν ένας ιάπωνας ερευνητής της εταιρείας NEC, ο Sumio Iijima, ανακοίνωσε ότι είχε ανακαλύψει μια κυλινδρική μορφή της φουλερίνης. Το εύρημα ήταν τυχαίο, κατά τη διάρκεια ενός πειράματος με βομβαρδισμό γραφίτη από ακτίνες λέιζερ. Ο Iijima όμως μπόρεσε να αναπαραγάγει τη διαδικασία παρασκευής του κυλίνδρου και… χάρισε στην ανθρωπότητα τον νανοσωλήνα του άνθρακα. Αν θέλουμε να φανταστούμε τον νανοσωλήνα αυτό στη δική μας κλίμακα, θα πρέπει να σκεφθούμε έναν σωλήνα γραφίτη – όπως αυτόν που έχουν τα μολύβια μας – αλλά κούφιο. Η μεγάλη διαφορά είναι ότι ο σωλήνας του γραφίτη αποτελείται από στρώσεις υλικού χαλαρά συνδεδεμένων μεταξύ τους, και γι’ αυτό έχουμε τη γραμμή στο χαρτί μας όταν τον σύρουμε σε αυτό. Αντίθετα, ο νανοσωλήνας άνθρακα είναι ένα… κοτετσόσυρμα που έχουμε περιελίξει σε ρολό. Το ρολό αυτό λυγίζει χωρίς να σπάει, δέχεται χτυπήματα αδιαμαρτύρητα και είναι αγώγιμο. Τα πρώτα λοιπόν θαυμαστά χαρακτηριστικά που οι επιστήμονες εντόπισαν στους νανοσωλήνες άνθρακα είναι ότι έχουν θερμική αγωγιμότητα καλύτερη από οτιδήποτε πλην του καθαρότερου διαμαντιού και ηλεκτρική αγωγιμότητα παραπλήσια του χαλκού – αλλά με αντοχή σε πολύ ισχυρότερα ρεύματα. Επίσης ότι μολονότι η διάμετρός τους είναι μόλις κάποια δισεκατομμυριοστά του μέτρου (1,7 nm), μια «τρίχα» 3 χιλιοστών από αυτούς μπορεί θεωρητικά να σηκώσει 41 τόνους! Εχουν δηλαδή 100 φορές μεγαλύτερη αντοχή στο τέντωμα από το ατσάλι.
Οσο όμως οι ερευνητές «παίζουν» με τη μορφή του νανοσωλήνα – αλλάζοντας τη διάταξη των ατόμων, βάζοντας επάλληλα στρώματα γύρω του και δημιουργώντας προσμείξεις του με άλλα στοιχεία – τόσο οι εκπλήξεις συνεχίζονται. Ηδη πλέον γνωρίζουμε ότι εκτός από καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού οι νανοσωλήνες μπορούν να συμπεριφερθούν και ως ημιαγωγοί (άρα να γίνουν κυκλώματα υπολογιστών), να κατευθύνουν αποτελεσματικά δέσμες ηλεκτρονίων (άρα και να γίνουν οθόνες υπολογιστών και λαμπτήρες) ή ότι αυξάνουν τον φθορισμό των υλικών που πλησιάζουν. Ακόμη πιο θαυμαστά, οι ηλεκτρικές ιδιότητες των νανοσωλήνων μπορούν να αλλάζουν όταν ανιχνεύουν κάποιες ουσίες ή όταν δέχονται μηχανικές πιέσεις. Ετσι πολλοί ετοιμάζουν με αυτούς «μοριακά υποβρύχια» ιατρικής διάγνωσης και θεραπείας ή «συνθετικούς μυς». Ενσωματώνοντας νανοσωλήνες σε νανοσωλήνες (σαν Μπάμπουσκες) αυτοί γίνονται… ελατήρια, αλλά μπορούμε και να τους γεμίσουμε με άλλες ουσίες, ώστε να γίνουν ενέσεις τόσο μικρές που χωράνε στο DNA. Μπορούμε να εναποθηκεύσουμε σε αυτούς υδρογόνο ή μαιθανόλη, ώστε να γίνουν δομικό υλικό για μπαταρίες μη ρυπογόνων αυτοκινήτων. Αν αναμείξουμε νανοσωλήνες με ίνες απλού γραφίτη παίρνουμε ένα νέο και κατά πολύ ισχυρότερο τύπο ανθρακονήματος, κατάλληλο για την αυτοκινητοβιομηχανία. Αν όμως χρησιμοποιήσουμε παράλληλα κολλημένους νανοσωλήνες, τότε παίρνουμε το νέο υλικό που ετοιμάζει η NASA για διαστημόπλοια που δεν θα επιτρέπουν να ξανασυμβεί το πρόσφατο τραγικό δυστύχημα. Ακόμη πιο εντυπωσιακό όμως είναι το εγχείρημα μιας ομάδας πρώην ερευνητών της NASA, οι οποίοι ψάχνουν ήδη επενδυτές για να κατασκευάσουν το «ασανσέρ του Διαστήματος». Πρόκειται για μια συγκλονιστική ιδέα ενός Ρώσου σύγχρονου του Ιουλίου Βερν, του φυσικού Κωνσταντίν Τσιολκόφσκι. Οι αμερικανοί συνεχιστές του οραματίζονται, με βάση μια πλατφόρμα τύπου άντλησης πετρελαίου στα νησιά Γκαλάπαγκος, ένα υπερενισχυμένο καλώδιο νανοσωλήνων που θα ανεβαίνει ως τη γεωσύγχρονη τροχιά, από όπου θα ξεκινάμε τις διαστημικές μας πτήσεις με πολύ μικρότερο κόπο, έξοδα και περιορισμούς σε φορτίο. Η αρχή λειτουργίας βρίσκεται στο άθλημα της σφύρας, όπου η περιστροφή του καλωδίου με ταχύτητα σύγχρονη εκείνης της Γης εγγυάται το κατακόρυφο τέντωμα και το φυγόκεντρο
Ο πρωταγωνιστής του νέου αιώνα
Η δυνατότητα να δημιουργούμε μηχανισμούς σε μοριακό και υπομοριακό επίπεδο είναι ένα όνειρο τουλάχιστον 100 ετών – από τις πρώτες μέρες της κβαντικής μηχανικής. Από το 1995 και έπειτα το όνειρο αυτό άρχισε σταδιακά να παίρνει μορφές και να υλοποιείται, άλλοτε ως μικροσκοπικές διατάξεις υπολογιστών, άλλοτε ως ρομποτικά μικροϋποβρύχια που χειρουργούν αρτηρίες με λέιζερ, άλλοτε ως μικροαισθητήρες για ιατρική ή… στρατιωτική χρήση. Οι νανοσωλήνες του άνθρακα είναι η πρώτη ύλη αυτού του μετασχηματισμού του κόσμου μας. Η δε επιστήμη που τους εξελίσσει και τους εφαρμόζει, η νανοτεχνολογία, είναι ο πραγματικός πρωταγωνιστής του νέου αιώνα και σύντομα θα μιλούμε όλοι με αναφορά σε αυτήν. Ενόσω τα πειραματικά ευρήματα οδεύουν προς τη βιομηχανική παραγωγή πρακτικών λύσεων και προϊόντων, θα διαπιστώνουμε χρόνο με τον χρόνο ότι οι νανοσυσκευές και τα νανοϋλικά θα κυριαρχούν γύρω μας, πάνω μας και… μέσα μας. Μια στρατιά αθέατων σκλάβων θα δουλεύει για τη συντήρηση του τεχνικού πολιτισμού αλλά και του ναού του ανθρωπίνου σώματος. Σε περίπου είκοσι χρόνια η καθημερινότητα του 21ου αιώνα θα είναι πλημμυρισμένη από την ουτοπία του 20ού.
