Το ακριβότερο υλικό στον κόσμο: Πώς μια σκόνη των 110 εκατ. λιρών το γραμμάριο φέρνει επανάσταση στην τεχνολογία

Όταν γίνεται λόγος για τα πολυτιμότερα αγαθά στον πλανήτη, το μυαλό των περισσότερων πηγαίνει στον χρυσό, στα διαμάντια ή σε σπάνια ραδιενεργά ισότοπα. Ωστόσο, η επιστήμη της νανοτεχνολογίας έχει δημιουργήσει μια ουσία που ξεπερνά κάθε προηγούμενο οικονομικό μέγεθος. Πρόκειται για τα ενδοεδρικά φουλερένια με βάση το άζωτο (Nitrogen Atom-Based Endohedral Fullerenes), μια εξειδικευμένη μορφή άνθρακα της οποίας η αξία εκτιμάται στο αστρονομικό ποσό των 110 εκατομμυρίων λιρών ανά γραμμάριο.

Η μοριακή αρχιτεκτονική των νανοδομών άνθρακα

Στον πυρήνα της δημιουργίας του υλικού βρίσκεται ένα επίτευγμα νανομηχανικής. Τα φουλερένια, τα οποία ανακαλύφθηκαν αρχικά το 1985, αποτελούνται από 60 άτομα άνθρακα συνδεδεμένα σε ένα κοίλο σφαιρικό πλέγμα που προσομοιάζει γεωμετρικά με μπάλα ποδοσφαίρου — δομές γνωστές στη διεθνή βιβλιογραφία και ως «buckyballs». Η εξαιρετικά υψηλή αξία του συγκεκριμένου υλικού προκύπτει από την παγίδευση ενός μεμονωμένου ατόμου αζώτου στο εσωτερικό αυτού του κλωβού.

Η διαδικασία σύνθεσης και απομόνωσης τέτοιων μορίων είναι εξαιρετικά απαιτητική. Ο διαχωρισμός των καθαρών ενδοεδρικών φουλερενίων από άλλα παραπροϊόντα απαιτεί προηγμένες εργαστηριακές μεθόδους, γεγονός που περιορίζει δραστικά τις διαθέσιμες ποσότητες και εκτοξεύει το κόστος παραγωγής σε πρωτοφανή επίπεδα.

Από τα ατομικά ρολόγια στα smartphones και το GPS

Ο λόγος για τον οποίο η επιστημονική κοινότητα επενδύει τεράστιους πόρους σε αυτό το υλικό έγκειται στις μοναδικές κβαντικές του ιδιότητες. Το παγιδευμένο άτομο αζώτου διατηρεί το σπιν των ηλεκτρονίων του για ασυνήθιστα μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό το χαρακτηριστικό επιτρέπει την κατασκευή εξαιρετικά μικρών ατομικών ρολογιών, τα οποία αποτελούν τα ακριβέστερα όργανα μέτρησης του χρόνου στον κόσμο.

Μέχρι σήμερα, τα ατομικά ρολόγια απαιτούν ογκώδεις εγκαταστάσεις. Η χρήση ενδοεδρικών φουλερενίων καθιστά εφικτή τη συρρίκνωσή τους στο μέγεθος ενός απλού microchip. Μια τέτοια εξέλιξη ανοίγει τον δρόμο για την απευθείας ενσωμάτωσή τους σε smartphones και συσκευές καθημερινής χρήσης, προσφέροντας εντοπισμό GPS με ακρίβεια χιλιοστού, ακόμα και σε περιβάλλοντα όπου το δορυφορικό σήμα είναι ασθενές ή ανύπαρκτο.

Η εμπορική αξιοποίηση και η ελληνική ερευνητική υπογραφή

Η υπέρβαση των τεχνικών εμποδίων που καθήλωναν την παραγωγή για δεκαετίες ξεκίνησε το 2013 στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. Στο επίκεντρο του εγχειρήματος βρέθηκε ο Έλληνας επιστήμονας νανοϋλικών, Δρ. Κυριάκος Πορφυράκης, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας και ιδρυτής της εταιρείας τεχνοβλαστού Designer Carbon Materials.

Το 2015, η εταιρεία κατέγραψε ένα ιστορικό ορόσημο παραδίδοντας την πρώτη εμπορική ποσότητα 200 μικρογραμμαρίων σε ερευνητικά ιδρύματα έναντι 22.000 λιρών. Η συγκεκριμένη συναλλαγή επιβεβαίωσε στην πράξη την τεράστια αγοραία αξία του υλικού, εδραιώνοντας τη σημασία των νανοϋλικών στην επόμενη γενιά των τηλεπικοινωνιών και της αυτόνομης πλοήγησης.