Des de granotes que leviten fins a un Scotch Magic: Geim, un científic diferent

Tal dia com avui fa seixanta anys va néixer Andre Geim, un dels pares del material més famós de l'inici del segle XXI, el grafè.

Qui és Andre Geim?

Sir Andre Geim és professor de recerca de la Royal Society a la Universitat de Manchester. Geim va ser guardonat amb el premi Nobel de física el 2010, juntament amb el rus Novoselov, pel descobriment del grafè. També va rebre els premis John Carty de l'Acadèmia Nacional de Ciències dels EUA i la Medalla Copley de la Royal Society, entre d'altres.

El professor Geim va néixer a Rússia l'1 d'octubre de 1958, on va començar la seva carrera a Moscou, i la va completar amb estades postdoctorals a les universitats de Nottingham, Bath i Copenhagen. A continuació es va traslladar als Països Baixos com a professor associat per continuar la seva carrera i després a Manchester, des del 2001.

Al llarg dels anys, Andre Geim ha publicat més de dos-cents cinquanta articles de recerca, dels quals més de vint han estat citats més de mil vegades i quatre, més de deu mil!!! Dos d'aquests últims figuren, a més, en la llista dels cent treballs de recerca més citats en la història de la humanitat. Thomson Reuters l'ha situat entre els científics més actius del món i li atribueix la iniciació de tres nous fronts de recerca: la levitació diamagnètica, la cinta Gecko i el grafè.

Potser el que molts no saben és que Geim és l'únic investigador que ha rebut el Nobel i el seu contrapunt, l'IgNobel, que va aconseguir l'any 2000 pel seu treball sobre la levitació de granotes.

El grafè: el seu gran llegat

Geim, juntament amb Kostya Novoselov, va aconseguir un avenç científic cridat a canviar el món i ho van aconseguir gràcies a una... CINTA ADHESIVA, una cinta adhesiva amb l'etiqueta del Nobel.

Encara que aviat faré una entrada específica del grafè i les seves extraordinàries propietats i aplicacions, aquí us expliquem part de la història, Història de la ciència en majúscules.

El descobriment: jugant a ser científics un divendres a la tarda a Manchester

Podem considerar la creació del grafè una espècie de serendipitat, com en el cas de la penicil·lina d'Alexander Fleming. Una brillant casualitat que ja és part de la llegenda científica. Així, dos científics russos curiosos, intentant estudiar les propietats elèctriques del grafit, van decidir efectuar una prova que, posteriorment, canviaria la història de la nanotecnologia: van decidir obtenir escates més primes de grafit mitjançant una cinta Scotch. Aquest procés el van realitzar repetides vegades, fins que van aconseguir obtenir escates de només uns pocs àtoms de gruix, constatant l'existència d'un material molt especial, el grafè.

Novoselov va dir: "Una idea lúdica és perfecta per començar coses, però després necessites una intuïció científica realment bona perquè el teu experiment lúdic et condueixi a alguna cosa, o es mantindrà com una broma per sempre...".

És curiós com la creativitat està moltes vegades associada al joc, un exemple clar són els nens, curiosos i creatius, petits talents científics sens dubte. Aquest esperit irreverent va portar Geim a intentar levitar una granota mentre estava estudiant magnetisme el 1997, la qual cosa li va suposar l'IgNobel, un jocós premi sobre les recerques més boges al món de la ciència. Però no només això, també li va portar a inventar un nou tipus de cinta adhesiva basada en les arpes adhesives dels llangardaixos Gecko, els quals poden caminar per les parets i penjar-se de cap per avall al sostre gràcies a unes sorprenents nanoestructures presents a les potes mateixes.

I què buscaven aquests dos russos curiosos?

L'experiment original amb la cinta Scotch i el grafit buscava provar si el grafit podia usar-se com un transistor, el dispositiu de commutació fonamental de la informàtica. Feia un temps que estaven investigant-ho, fins que es van assabentar que un dels mètodes més habituals de preparació de mostres per a tecnologies de sonda propera (SPM) és el del clivatge de grafit orientat pirolíticament (HOPG), que permet obtenir a l'instant capes atòmicament planes i que serveix de substrat per dipositar el que es desitja analitzar mitjançant aquestes potents tècniques.

"No era una tècnica nova, i n'havia sentit parlar abans, però quan la veus davant teu, resulta obvi per a què es pot utilitzar...", recordava fa uns anys Novoselov.

Us deixo aquest vídeo d'una gran divulgadora, Eli Prats (CNM) que d'una forma original ens explica un procés similar al que van seguir Geim i Novoselov per obtenir el grafè. 

Però el pas clau que va transformar aquesta visió en el prestigiós premi Nobel va ser trobar una forma de transferir les escates ultraprimes de grafè obtingudes de la cinta adhesiva a una oblia de silici, el material clàssic dels microprocessadors. Una vegada ho van aconseguir, va ser possible observar i explorar les extraordinàries propietats del grafè, tal com comentaven els protagonistes: "L'emoció existiria fins i tot sense aquestes propietats inusuals perquè el grafè és el primer material bidimensional....".

Però, què té d'especial el grafè que tothom en parla?

Us deixo part d'una entrada del meu blog en ELNANOESCOPISTA. Com us he comentat anteriorment, el grafè mereix una entrada més àmplia, de la qual ben aviat tindreu notícies.

De moment us diré que el grafè és una làmina d'àtoms de carboni d'un àtom de gruix, disposada en una xarxa cristal·lina hexagonal en forma de panell.

Amb la particularitat que no es queda exactament en un plànol bidimensional, sinó que més aviat és com si "un rusc d'abelles" se situés sobre un llençol no totalment estirat.

Igualment, és la substància més fina i més forta coneguda per la ciència, unes cent vegades més forta que l'acer en pes. Un metre quadrat de grafè, mil vegades més prim que el paper, seria una hamaca prou forta per bressolar un gat de 4 kg, malgrat que no pesaria més que un dels bigotis del gat.

D'altra banda, és un bon conductor d'electricitat, és allargable i, no obstant això, és gairebé transparent.

Condueix la calor millor que qualsevol altra substància coneguda i actua com una barrera per a l'àtom de gas més petit –l'heli– i encara permet el pas del vapor d'aigua. 

"Aquí tenim una oportunitat realment única en el sentit que força propietats inusuals es combinen en un sol material; el més fort, el més flexible, el més elàstic, el més conductor, òpticament transparent i una excel·lent barrera contra els gasos. Així que pots inventar força noves aplicacions fins ara inimaginables", va comentar Novoselov entusiasmat.

El grafè està ajudant a facilitar la propera generació tecnològica: des d'interconnexions per a comunicació de dades fins a pantalles i recobriments. Un exemple serien les pantalles i les bateries flexibles. La seva excel·lent capacitat de detecció es podrà utilitzar en la propera generació de dispositius electrònics portàtils i per desenvolupar blocs de construcció per a la internet de les coses. A part, la combinació única de propietats del grafè, juntament amb la seva facilitat per incorporar-lo en materials composts, ofereix unes perspectives inimaginables. El grafè també està aplanant el camí per a nous diagnòstics i tractaments en l'àmbit de l'administració de medicaments i la millora dels biosensors en el camp de la biomedicina.

"Graphene flagship": el futur serà bidimensional

El graphene flagship és una aposta de la Comissió Europea en el futur del grafè. Amb un pressupost de mil milions d'euros, el graphene flagship representa una nova forma de recerca conjunta i coordinada a una escala sense precedents, que va formar, en el seu moment, la major iniciativa de recerca europea de la història. El consorci central està format per més de 150 grups de recerca acadèmica i industrial a 23 països. A més, el projecte compta amb un nombre creixent de membres associats que s'incorporaran als paquets de treball científic i tecnològic de la fase Horitzó 2020. La seva comesa és reunir investigadors acadèmics i industrials per portar el grafè de l'àmbit dels laboratoris a la societat europea d'aquí a deu anys, i generar, així, creixement econòmic, noves ocupacions i noves oportunitats.