CIENCIA › FELIX REQUEJO, DOCTOR EN FISICA

Cuestión de tamaño

La nanotecnología (el estudio de sistemas y elementos de millonésimas de milímetro) revela inusuales comportamientos de la materia y abre muchas aplicaciones.

 Por Leonardo Moledo

El mundo cotidiano, aunque confuso y temible, se rige por normas y leyes bastante estables. Pero una joven disciplina, la nanotecnología, analiza sistemas pequeñísimos y permite observar propiedades y comportamientos nuevos, que se deben encontrar para luego explicar y aplicar. Esa es la tarea del grupo que encabeza Félix Requejo, doctor en física e investigador del Conicet, en el Inifta (Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas teóricas y aplicadas) y en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas, en ambos casos de la Universidad de La Plata.

–Bueno, ya ve cómo lo presenté.

–Sí. Efectivamente, nuestros objetos de estudio son los sistemas muy pequeños de escalas nanométricas, es decir de un millonésimo de milímetro, y además el estudio de las superficies de contacto entre dos sistemas diferentes, de interfases.

–¿Por ejemplo?

–En particular estudiamos sistemas que tengan que ver con cuestiones de la ciencia de medio ambiente o la catálisis.

–¿Cómo cuáles?

–Agua y sal.

–Agua y sal. Bueno, ¿y qué pasa con el contacto de los sistemas de agua y sal?

–Lo que pasa en realidad con el contacto entre el agua y la sal se sabe hace muy poco y tiene que ver con la existencia de técnicas que recién son posibles en este momento. Uno sabe que la sal es cloruro de sodio: por cada átomo de sodio hay un átomo de cloro. Pero resulta que esto no siempre es cierto. Cuando uno se fija en la superficie de un cristal de sal, la relación entre los átomos no es “uno a uno”, sino que, en presencia de agua, hay más cloro en la superficie. Aunque eso parezca sólo una curiosidad, puede explicar la contaminación medio ambiental en las zonas costeras.

–¿Por qué?

–Porque ese cloro en exceso en la superficie de la sal, pasa al spray que se forma por las olas en el mar... en la espuma, se esparce por el aire y forma gases de cloro que en la atmósfera son contaminantes, acelera la polución fotoquímica, incrementa la presencia de ozono. En fin, una serie de problemas que tienen que ver con cuestiones medioambientales. Y nuestras investigaciones permitieron determinar que, en la superficie de la sal, la cantidad de cloro es mayor que en el interior del cristal.

–Y otro ejemplo...

–Los catalizadores de los automóviles, los que se llaman de tres vías que oxidan el monóxido de carbono y reducen el óxido de nitrógeno que son contaminantes. Nosotros no hacemos catalizadores para coches, ni fabricamos ni los vendemos, pero lo que nuestros estudios sí permiten es tratar de entender cómo funcionan, tratar de poder generar y producir catalizadores más eficientes. Son las posibilidades de rediseñar el mundo, o la naturaleza, manipulando cosas muy pequeñitas.

–La verdad no veo por qué la naturaleza tendría que ser distinta.

–Porque cuando uno la observa en dimensiones o escalas muy pequeñas como la del nanómetro se pueden encontrar propiedades diferentes a las que exhibe en tamaños mayores.

–¿Por ejemplo?

–Un metal inerte o noble como el oro –el oro es el material noble por excelencia– puede presentar propiedades fisicoquímicas inusuales. El oro no reacciona con nada, salvo que uno sea capaz de tener una partícula de oro muy pequeñita, de pocos nanómetros. En ese caso, uno puede, por ejemplo, transformar una molécula de monóxido de carbono en una molécula de dióxido de carbono. Cosa que el oro no hace nunca, salvo que uno lo encuentre en un tamaño muy chiquitito.

–¿Y entonces?

–Y entonces, estudiar estas propiedades pequeñitas sirve para tratar de diseñar materiales para biosensores, sensores, catalizadores o para la nanoeléctronica (válvulas, transistores), de escalas prácticamente atómicas, muy pequeñitas. Nosotros hacemos la investigación básica, no es que desarrollemos sistemas, pero nuestra investigación permite tratar de entender cómo es que esto funciona y hacia dónde hay que ir.

–Permite que otros desarrollen el sistema.

–Sí, en el mejor de los casos, es a lo que uno aspira.

–La nanotecnología es una disciplina joven.

–Sí, y somos un grupo joven. Recién ahora se está comenzando a entender qué son las nanopartículas y estudiar qué propiedades presentan. Y resulta que aparecen propiedades fisicoquímicas o magnéticas o termodinámicas especiales, diferentes a las que aparecen en escalas mayores.

–¿Y por qué? ¿Cómo puede ser que el cambio de escala produzca el cambio de propiedades?

–Bueno, encontrar la respuesta es justamente nuestro tema de trabajo, pero hay respuestas parciales: por ejemplo, una cosa es tener un electrón suelto en una red muy grande y otra cosa es tener un electrón suelto en una red muy pequeñita. Antes estaba muy libre de viajar y ahora, más confinado, presenta propiedades diferentes o se comporta de otra forma.

–¿Y qué otro?

–Bueno: los átomos, en una red o en un cristal, vibran por una cuestión térmica. Si el cristal es grande, los efectos de superficie no se observan; la mayoría de los átomos están en el interior del cristal y se comportan como átomos cualumques. Pero los átomos de la superficie no tienen nada arriba, entonces son átomos especiales. Esa superficie hace especial al cristal cuando es más chiquitito.

–Cuando más chiquitito, más superficie

–En relación con el volumen. La superficie siempre es especial en cualquier sistema. Si yo a esta superficie la hago crecer proporcionalmente respecto de todo el sistema, le confiere propiedades especiales a mi sistema pequeñito. Por ejemplo, en una partícula de oro de dos nanómetros, la mitad de los átomos está en la superficie y no es poco: en cualquier otro sólido a tamaño normal, la cantidad de átomos en la superficie es despreciable con respecto a la cantidad de átomos que hay en el interior.

–Bueno, entonces ustedes están investigando cuáles son las propiedades... electrones confinados, mayor superficie con relación al volumen...

–Sí, otra cuestión, por ejemplo, son propiedades termodinámicas y vibraciones de los átomos. Los átomos pueden vibrar más libremente cuando están en la superficie que cuando están adentro. Es decir, un átomo que está en la superficie tiene átomos solamente debajo suyo...

–Eso me lo había contado...

–Sí, cierto. Bueno, los átomos que están en el interior del cristal tienen átomos en todo su alrededor. Entonces esto hace que las propiedades vibracionales sean diferentes de los de la superficie, y el hecho de que haya tantos en la superficie, confiere propiedades ópticas distintas al material. Ya los romanos, en el siglo II sabían perfectamente que las nanopartículas podían pigmentar sus cristales para hacer vajillas con tonos azules, verdes, rojos...

–¿Cómo conseguían las nanopartículas?

–Nadie sabe. Es un misterio, porque parece que en ese siglo era un secreto del oficio, que luego se perdió en el camino y existe solamente una época del Imperio Romano con estas características en las vajillas. Digamos un ejemplo: la copa del rey Licurgus, que presenta una tonalidad especial cuando uno lo mira de adentro hacia afuera o desde afuera hacia adentro. Es como un emblema que tomamos algunos que trabajamos en la nanociencia para decir: “Bueno, la nanociencia es algo antiguo en realidad y lo que sucede es que antes la gente no sabía cómo funcionaban las cosas”. Ahora estamos tratando de entender por qué.

–¿De cuándo es la copa?

–Creo que es del siglo II d.C.

–¿Hay algo más que quiera contar?

–Que para todo esto utilizamos técnicas que son muy avanzadas. Y que tenemos que viajar para medir, en el mejor de los casos a Brasil, donde hay un sincrotrón (es un acelerador de electrones o de positrones) muy grande –de un diámetro de 100 metros–, para hacer nuestros experimentos. Trabajamos también en laboratorios en Estados Unidos, en Europa.

–¿Acá no hay?

–Acá en Argentina no existen. El único sincrotrón en el Hemisferio Sur está en Brasil. Nosotros estamos ahora tratando de conseguir equipamiento para tratar de montar aquí algo equivalente, a una escala mucho menor, pero que nos permita ir avanzando sin tener que viajar tanto.

–Tal vez los romanos tenían un sincrotrón.

–No lo creo.

–Tal vez viajaban a Brasil.

–No lo creo.

Informe: Nicolás Olszevicki.

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