Fulerenele, fascinante in prezent, o provocare pentru viitor

Fulerenele, fascinante in prezent, o provocare pentru viitor

Cunostintele noastre despre carbon sunt cam tot atât de vechi ca si cele despre foc, dar, cu toate acestea, fiecare secol, fiecare deceniu chiar deschid noi perspective asupra acestui, în aparenta, atât de banal element. Astfel, în anul 1996 Premiul Nobel în chimie era acordat pentru sinteza în laborator a fulerenelor, care, la prima vedere, ar parea, dupa diamant si grafit, „o a treia forma a carbonului”. La drept vorbind, fulerenele nu sunt chiar o noutate: existenta lor a fost dovedita în praful interstelar si în unele formatiuni geologice terestre; dar fulerenele au putut fi studiate numai dupa 1990, când Kratschmer si Fostiropoulos au gasit calea de a le sintetiza în cantitati rezonabile (grame).

 

Fulerenele, o a treia forma structural organizata a carbonului?

Hotarât, nu, o data ce fulerenele au structuri si proprietati cu totul neobisnuite pentru specii formate exclusiv din atomi de carbon.

Deosebirea de ordin structural este esentiala: diamantul si grafitul au, ambele, stucturi extinse, notiunea de “molecula” în aceste structuri fiind cu desavârsire exclusa; fulerenele, în schimb, sunt formate din molecule cu existenta discreta, cu forma aproape sferica. De departe cea mai cunoscuta si mai intens studiata este fulerena C60 (cu molecula formata din 60 de atomi de carbon), dar fulerenele C70, C76, C82, C84 - si chiar mai voluminoase - sunt de asemenea cunoscute. Aranjarea atomilor de carbon în aceste molecule este fascinanta în sine, sa luam, drept exemplu, molecula fulerenei C60.

Daca priviti cu atentie, veti observa ca toti atomii de carbon din aceasta dantelarie sunt echivalenti, adica toti au acelasi numar de vecini (3), identic legati, unghiurile dintre legaturile angajate de diferitii atomi fiind si ele identice. Asemanarea cu forma unei mingi de fotbal este izbitoare; atât molecula C60, cât si banala minge de fotbal corespund din punct de vedere geometric unui icosaedru trunchiat; acesta provine, formal, prin “retezarea” vârfurilor unui icosaedru regulat, poliedru cu 20 de fete, toate triunghiuri echilaterale identice; icosaedrul trunchiat va avea 32 de fete, 20 de hexagoane si 12 pentagoane.

Sa trecem însa în revista câteva deosebiri direct observabile între diamant si grafit, pe de o parte, si fulerene, pe de alta parte, raportându-ne, în cazul fulerenelor, la specia C60.

Cu totii stim, bunaoara, ca diamantul, cu structura tridimensionala extinsa, este cristalin, transparent, stralucitor, dur, izolant din punct de vedere electric; grafitul, cu structura bidimensionala extinsa (în straturi) este un solid negru, care cliveaza, conductor electric; atât diamantul, cât si grafitul se topesc (la temperaturi extrem de înalte, peste 3.000oC în cazul diamantului), nefiind afectati de solventi.

Ei bine, la temperatura ambianta C60 este o pulbere galbena, fotosensibila (îsi schimba culoarea sub actiunea radiatiilor UV medii), care se dizolva în banalul toluen formând o solutie roz. Sub actiunea radiatiilor laser polimerizeaza, polimerul nemaifiind solubil în toluen. Efectul variatiilor de temperatura este înca si mai spectaculos: prin încalzire la câteva sute de grade sublimeaza (adica trece direct din stare solida în stare de vapori, în care identitatea moleculara este conservata), distrugerea ansamblurilor moleculare necesitând temperaturi mai mari de 1.000oC. Prin racirea avansata (la temperaturi mai mici decât –183oC), moleculele C60 se organizeaza într-un solid cristalin cu retea cubica.

În forma cristalina, fulerena C60 este un izolator electric, asemenea diamantului. Legaturile dintre moleculele C60 din cristal sunt slabe, iar încalzirea lenta face ca cristalele sa se dezmembreze partial, cu alte cuvinte “sa curga”.

Cu adevarat spectaculoase sunt însa caracteristicile chimice ale fulerenelor, care fac integrarea lor alaturi de diamant si grafit cel putin hazardata. Diamantul si grafitul sunt mai degraba inerte din punct de vedere chimic (reactiile chimice ale carbonului, implicând cu precadere carbunele amorf, exclud prezervarea de ansambluri ordonate de atomi de carbon). Fulerenele însa sunt specii reactive, având tendinta de a acapara electroni, ceea ce le face sa se combine cu usurinta cu parteneri potentiali donori de electroni, la limita, metale electropozitive (alcaline, alcalino-pamântoase sau chiar lanthanide), conservând intacte, în urma acestor reactii, nu doar moleculele de fulerene, ci, în unele cazuri, chiar microcristale.

Care este “pozitia de atac” a  fulerenelor în reactiile lor chimice? Sa privim înca o data structura moleculei C60: aceasta “minge” nu este, fireste, compacta; atomii de carbon interconectati formeaza mai degraba un câmp, o structura poroasa, cu cavitati delimitate de atomi vecini. Conceptual, reactiile chimice ale unor astfel de entitati moleculare cu structura poroasa si, totodata, potential acceptoare de electroni la nivel global, pot evolua în doua moduri: partenerul poate fi “legat” în exteriorul moleculei, fiind astfel plasat, în ansamblul compusului, între moleculele de fulerena sau, dimpotriva, poate fi înglobat în interiorul câmpului molecular.

Prima cale este, din punct de vedere practic, relativ mai simpla. S-au obtinut în acest fel compusi cu structuri spectaculoase, ca cea ilustrata mai jos, si, credeti-ma, pentru un chimist potentialul de fascinatie estetica al unei astfel de structuri nu este cu nimic mai prejos decât, bunaoara, irisii lui Van Gogh sau nuferii lui Monet!

Nu mai putin interesanti sunt compusii fulerenelor cu metale alcaline, în special cei cunoscuti sub numele A3C60, în care unei molecule C60 îi corespund trei atomi metalici (în special potasiu sau rubidiu). Interesul pentru acesti compusi depaseste sfera esteticului, întrucât sunt supraconductori la temperaturi cuprinse în intervalul 19-40K, ceea ce, pentru ansamblul supraconductorilor cu schelet organic reprezinta un domeniu de temperaturi deosebit de ridicate, deci de accesibile practic! Proprietatile supraconductoare ale compusilor A3C60 par a-si avea originea în structura lor cristalina dezordonata si, totodata, în interactiuni neobisnuit de puternice între electronii de conductie.

Fulerenele cu parteneri inclusi, numite endoedrice - sau metalofulerene daca partenerii sunt atomi metalici - sunt mult mai dificil de sintetizat. Desi fulerena C60 este cea mai comuna, câmpul (interiorul) acesteia este prea putin voluminos, deci majoritatea endofulerenelor sintetizate pâna în prezent au câmpuri C82, C84 sau chiar mai înalte. Dificultatile de sinteza vizeaza faptul ca este practic imposibil de a insera partenerul în câmpul sferic deja format, câmpul trebuind sa “se înfasoare” în jurul partenerului simultan cu formarea lui; în consecinta, separarea endofulerenelor de reziduurile de carbon este un proces laborios si cu randament mic. Dificultatea de a studia endofulerenele nu se limiteaza însa la problemele ridicate de sinteza. O alta complicatie este aceea ca endofulerenele, în marea lor majoritate, sunt instabile în aer, oxigenul extragând pur si simplu partenerul din câmpul de fulerena. Doar putine elemente s-au dovedit, pâna în prezent, a forma endofulerene stabile, câteva dintre aceste fiind lantanul, itriul, scandiul si unele gaze nobile. Iata de ce studiul endofulerenelor este înca abia la început.

Posibile aplicatii

Deîndata ce existenta fulerenelor a fost dovedita si sinteza lor în laborator a devenit posibila, s-a pus cu acuitate problema posibilelor lor utilizari practice, în forma pura sau în compusi.

Fireste, asa cum se întâmpla în zilele noastre cu fiecare material sau proces nou descoperit, primul domeniu de interes a vizat posibilitatea de a furniza sau stoca energie, în pile solare si baterii, sau chiar drept combustibil de racheta. Desi, teoretic, potentialul energetic al fulerenelor este de necontestat, cheltuielile aferente sintezei lor, cel putin cu tehnologia accesibila în prezent, nu justifica economic aceasta directie de utilizare.

Alte aplicatii practice spectaculoase ale fulerenelor pure ar putea avea, drept punct de plecare, unele dintre proprietatile lor neobisnuite; bunaoara, structura lor poroasa, asociata unor dimensiuni de ordinul nanometrilor, a condus la conceptul de nanotuburi de carbon, care deschid posibilitati imense de aplicare în industrie (una dintre aceste fiind ranforsarea polimerilor). Faptul ca fulerenele pure îsi schimba culoarea la iradiere si-a gasit deja aplicatii în fotolitografie, la obtinerea unor lacuri fotosensibile. Proprietatea lor de a sublima este valorificata în procese de crestere de cristale ca si în depunerea, din vapori de C60, a unor filme subtiri, cu proprietatile diamantului, mult mai netede decât cele obtinute prin solidificarea grafitului de vaporizare. Alte posibilitati, cum ar fi utilizarea fulerenelor ca lubrefianti, urmare a capacitatii cristalelor de a “curge” în anumite intervale de temperatura, nu dovedesc, cel putin la scara industriala, un potential economic satisfacator, o data ce alti lubrefianti, cu performante similare, au preturi de fabricatie semnificativ mai scazute.

Sperantele se îndrepta însa cu precadere spre compusii chimici ai fulerenelor. Supraconductivitatea speciilor A3C60 reprezinta una dintre tinte. Altele vizeaza aplicatiile în medicina; s-a dovedit bunaoara ca moleculele de fulerena au capacitatea, în anumite conditii, de a bloca virusul HIV! O alta aplicatie posibila vizeaza înglobarea, în câmpul fulerenelor, de atomi radioactivi trasori; metalofurenelele astfel rezultate, injectate în sistemul circulator, permit investigatiile necesare si, totodata, organismul este mult mai protejat. Þintele cele mai ambitioase vizeaza însa conceperea unor fulerene capabile de a îngloba în câmpul lor sau chiar de a lega în exteriorul moleculelor substante farmacologic active; o astfel de “pastila” ar putea rezolva una dintre problemele curente ale formularii si administrarii farmacologice: eliberarea extrem de lenta, în organism, a principiilor active.

Daca e sa facem o socoteala negustoreasca, aplicatiile practice ale fulerenelor nu si-au gasit înca adevarata dimensiune comerciala, desi asupra lor au trudit adevarati giganti ai cercetarii stiintifice, în cele mai performante si bogate laboratoare ale lumii. Sa nu fim însa dezabuzati. Se întâmpla extrem de rar ca un nou material sa faca imediat saltul în sfera comerciala; pasii din laborator catre conturi în banca sunt cel mai adesea marunti, uneori sovaielnici, scara de timp cea mai probabila acopera, în majoritatea cazurilor, decenii.

Adevaratul câstig al descoperirii si studiului fulerenelor este mult mai putin prozaic; rezultate atât de spectaculoase, chiar unele fara o aplicabilitate practica rational imaginabila (ceea ce nu este cazul fulerenelor!) nasc întrebari, isca controverse, sfarâma norme îndeobste acceptate. Caci, cu fiecare nou material sau proces care dovedeste, în mod indubitabil si reproductibil, propriul lui sistem de anomalii, de abateri de la “norma”, trebuie sa ne întrebam cât de valabila, cât de acoperitoare este, la urma urmei, norma?! În lumea cercetarii stiintifice, chiar si un aparent esec este un rezultat, semnele de exclamare sunt cu necesitate urmate de semne de întrebare, semnele de întrebare multiplica semnele de exclamare, si tot asa, economistii nu trebuie sa fie îngrijorati, ceva cu adevarat comercializabil tot va iesi pâna la urma si mari concerne industriale vor avea câstiguri uriase! Fireste, în tot acest timp, lumea laboratoarelor va fi foarte, foarte ocupata: semne de întrebare se ivesc mereu, de unde nici cu gândul nu gândesti!

 

Există acolo, în natură, comportamente ale unor întregi sisteme neprevăzute din părţile componente ale acestora ? Aceasta este ceea ce chimistul a desoperit ca fiind adevarat“ Richard Buckminster Fuller Înainte de 1985 se cunoşteau doar două forme alotropice ale carbonului : diamantul şi grafitul. Cea de a treia formă alotropica a carbonului, fulerenele, a fost descoprită de H. W. Kroto, R. E. Smalley, R. F. Curl şi colaboratorii acestora. Prima publicaţie care a prezentat fulerena este revista „Nature” în numărul din 4-20 noiembrie 1985. Şase ani mai târziu, în 1991, revista Science va declara fulerena molecula anului. După ce au elucidat structura fulerenei, cei trei descoperitori ai acesteia au luat premiul Nobel pentru chimie în 1996 pentru descoperirea şi cercetarea fulerenelor. C70 C76 C84 Fulerene cu număr de atomi de carbon mai mare decât 60 Proprietăţi chimice Fulerenele reprezintă un exemplu al unei clase complet nouă de compuşi organici .Una din primele întrebări pe care şi le-au pus chimiştii organicieni a fost „ Care sunt proprietăţile chimice ale acestor substanţe?” Se ştie ca atomii de carbon din fulerene sunt hibridizaţi sp2 , C60 se poate asemăna cu benzenul, C6H6, sau ca etena, care este o alchenă tipică. Dubla legătură in alchene este reactivă, ea putând adiţiona mulţi compuşi, modificându-şi hibridizarea de la sp2 la sp3. Moleculele aromatice sunt destul de stabile în comparaţie cu alte clase de substanţe care au legături duble. Cei şase electroni ai celor 3 legături din molecula de benzen conduc la o stabilitate mare şi o reactivitate scăzută la legăturile duble. Astfel, substanţe care în mod obişnuit reacţionează la dubla legătură a alchenelor au tendinţa de a nu ataca benzenul. Dacă reacţia are loc cu un derivat al benzenului, produsul este de obicei un produs de substituţie, în care legătura C-H din benzen este înlocuită cu o legătură C-X (X fiind gruparea cu care s-a substituit nucleul aromatic), dar C60 nu are legături C-H care pot fi substituite. O altă curiozitate a chimiei fulerenelor este faptul că C60 poate adiţiona diferite cate gorii de substanţe în două moduri diferite la o dublă legătură împărţită de două hexagoane ( o legătură 6-6) sau la o dublă legătură împărţită de un hexagon şi un pentagon ( o legătură 6-5). Acest fapt conduce la posibilitatea apariţiei unui număr mare de izomeri la adiţia unor substanţe la C60. Reactiile fulerenei C60 nu sunt rectii guvernate de caracterul aromatic in adevaratul sens al cuvantului. Din acest motiv exista 2 proprietati care influenteaza mecanismul de reactie al fulerenelor: • Delocalizarea electronica este slaba • C60 poate fi privita mai degraba ca o mare sfera formata din alchene conjugate decat ca o molecula aromatica Deoarece toti atomii de carbon ai moleculei sunt hibridizati sp2 ei exercita un efect –I la fiecare legatura dubla . Acest fapt duce la o crestere a deficitului de lectroni si la favorizarea unui atac nucleofilasipra acestei molecule.Acest lucra se observa si in modul sau de oxidare si din caracterul electrofil al acesteia. Datorita proprietatilor mentionate mai sus C60 actioneaza ca un excelent reactant electrofil. O alta curiozitate este faptul ca legatura ce uneste doua hexagoane este mai scurta decat legatura ce uneste un hexagon de un pentagon, motiv pentru care aditiile au de obicei loc la legatura dintre doua hexagoane. Prezenta a 30 de astfel de legaturi in C60 este o alta cauza ce duce la obtinerea unei varietati de aducti. 1. Descompunerea fulerenelor sub acţiunea laserului S-a descoperit că dacă se supun fulerenele la acţiunea unui laser nu foarte puternic atunci structura lor de tip cuşcă nu se va distruge imediat ci se va restrânge pierzând treptat câte 2 atomi de carbon, până când se ajunge la C32. După aceea clusterul se sparge în fragmente. A fost propus un mecanism pentru această pierdere a unui fragment C2, exemplificat în figura următoare: Pierderea unui fragment de C2 şi rearanjarea legăturilor într-o fulerenă sub acţiunea laserului 2. Reacţii redox C60 şi C70 au proprietăţi similare putând fi supuse la şase reduceri reversibile a câte un electron. Au fost astfel obţinuţi toţi anionii de la C60– până la C606 – şi de la C70– până la C706 – . Oxidarea C60 şi a C70 este, însă, ireversibilă. Primul potenţial de reducere, pentru ambele fulerene, este de aproximativ 1,0 V (pentru cuplul C60/C60–), indicând că au proprietăţi de acceptor de electroni. C76 prezintă atât proprietăţi de donor cât şi de acceptor de electroni. 3. Comportarea C60 in reacţiile de halogenare C60 are tendinţa de a evita prezenţa dublelor legături în cadrul pentagoanelor ceea ce conduce la diminuarea delocalizării electronice şi a aromaticităţii sale. Aceasta se comportă în unele cazuri ca o alchenă cu deficit electronic, reacţionând cu specii bogate în electroni, iar în alte cazuri se comportă ca compuşii aromatici. Un exemplu pentru comportarea de tip alchenic este reacţia cu halogenii. Formarea compusului C60Br24 prin reacţia dintre C60 solid cu brom lichid pur durează de obicei 5-8 zile, dar în septembrie 1996 o nouă metodă a fost dezvoltată la Widener University, care reduce timpul de reacţie la aproximativ o oră. Mecanismul se crede a fi similar unei substituţii electrofile aromatice. Se formează din sârma de fier introdusă şi brom FeBr3 (un acid Lewis), care catalizează reacţia prin polarizarea moleculei de Br2 pentru atacul electrofil. Un alt exemplu de substituţie electrofilă aromatică este formarea compusului C60Ph5H, care se obţine atât prin reducerea compusului C60Ph5Cl, rezultat din reacţia C60Cl6 cu benzen şi FeCl3, cât şi prin reacţia dintre C60 şi Br2 / FeCl3 / benzen ca produs principal.

Andrei Geim este şi un laureat al premiilor Ig Nobel Prize, o parodie americană a Premiilor Nobel. Premiile Ig Nobel sunt acordate anual, în octombrie, pentru zece realizări care "fac publicul să râdă, pentru ca apoi să-l pună pe gânduri". În 2000, Geim (pe atunci la Universitatea din Nijmegen, Olanda) şi Michael Berry (Universitatea din Bristol, Marea Britanie) au făcut o broască să leviteze. Ei au folosit câmpuri magnetice care au reuşit să "învingă" acceleraţia gravitaţională, iar broasca a rămas suspendată în aer.

Ce este grafenul?

În 2004, un grup de cercetători condus de Andre Geim a exfoliat grafitul şi a descoperit un excelent conductor de electricitate: grafenul.
Pentru a cunoaşte grafenul, trebuie să pornim de la carbon. Carbonul poate exista în natură în mai multe forme, cu diferite proprietăţi fizice (însuşire ce poartă denumirea de alotropie). În cazul carbonului, el poate exista sub formă de diamant, grafit (carbonul amorf), nanotuburi de carbon şi fulerene (descoperirea lor în 1985 le-a adus unor cercetători Nobelul în 1996). Grafenul este elementul de bază al ultimelor trei din înşiruirea de mai sus.
De aceea, este uşor de realizat că grafenul se întâlneşte în cantităţi însemnate în natură (deoarece resursele de grafit sunt destul de mari). De exemplu, în România există o mină de grafit, la Baia de Fier (judeţul Gorj).

De ce este atât de important

Grafenul este cel mai bun conductor de electricitate cunoscut. S-a observat că foiţele prezintă o conducţie metalică. În plus, foliile de grafen (vezi imaginea alăturată unde avea patru straturi de grafen, din compoziţia grafitului) sunt foarte stabile în condiţii normale de temperatură şi presiune, iar rezistenţa lor mecanică este foarte mare.
În plus, grafenul este practic transparent. În studierea atomilor, această caracteristică a grafenului poate fi un pas gigantic. De exemplu, cu ajutorul grafenului au putut fi studiaţi pentru prima dată atomi singulari de hidrogen (atomi foarte mici în dimensiuni). Atomii de hidrogen s-au "lipit" atât de puternic de grafen încât nu au mai vibrat şi au putut fi observaţi şi fotografiaţi relativ uşor.
Însă asta nu e tot. Foliile de grafen sunt şi materialul cel mai subţire posibil, fiind format dintr-un singur strat de atomi de carbon. De aceea au putut fi observaţi şi atomii de hidrogen prin grafen: stratul subţire şi transparent de grafen, pe lângă că a fixat atomii de hidrogen, a oferit şi o rezoluţie excelentă pentru microscopul de observare.
Subţirelele folii de grafen ar putea lua locul siliciului, element de bază în tranzistorii şi în circuitele integrate mici, şi deschide o nouă eră în electronice. Cu grafen, s-ar putea produce materiale extrem de rezistente, dar flexibile. Display-urile flexibile ar putea fi doar primul pas în acest sens.

Cum obţin grafenul?

Mina de creion este din grafit. Dacă aplicăm o bandă scotch pe o mină de creion, apăsăm şi apoi desprindem uşor, urmele negre de pe scotch conţin porţiuni mari de grafen. Poate părea bizar, dar, la bază, pe această metodă s-a bazat şi izolarea grafenului în laborator, în 2004. Numai că cercetătorii au folosit metoda repetat, pentru a descompune cristalele de grafit în bucăţi din ce în ce mai subţiri.

Calculatorul milimetric, la orizont!

Prodecanul Facultăţii de Fizică, Universitatea Bucureşti, a explicat pentu evz.ro schimbările pe care grafenul le poate aduce în lumea modernă.
"Nu este o descoperire tocmai nouă. Noutate este că s-a reuşit stabilizarea acestor foiţe de grafen. Şi s-a constatat că, de-a lungul foiţelor respective, conducţia electrică şi cea termică sunt foarte bune"
"Cu asemenea structuri, se pot realiza elemente foarte mici ale unor circuite. Spre exemplu, vom putea avea calculatoare milimetrice. Desigur, nu se pot implementa acum aceste tehnici, deoarece costurile de obţinere a acestor foiţe este foarte ridicat, dar probabil că şi acest aspect se va rezolva în viitorul apropiat"
"10.000 de astfel de foiţe, suprapuse, au dimensiunea unui fir de păr"
Ştefan Antohe, prodecan Facultatea de Fizică, Universitatea Bucureşti
Nobelul în Medicină, pentru fertilizare in vitro

Ieri, britanicul Robert Edwards a fost recompensat pentru cercetările în domeniul tehnicilor de fertilizare în vitro. Mâine, va fi anunţat premiul Nobel pentru Chimie, urmat de două dintre cele mai importante, cel pentru Literatură (joi) şi Pace (vineri), iar luni va fi decernat premiul Nobel pentru Economie.

Începând cu 1901, au fost decernate 103 premii Nobel pentru Fizică.
În şase ani- 1916, 1931, 1934, 1940, 1941, 1942- distincţia nu a fost acordată.
Cel mai tânăr dintre cei 186 laureaţi, a fost Lawrence Bragg. El a primit premiul Nobel la numai 25 de ani, în anul 1915, împreună cu tatăl său, pentru cercetările în domeniul difracției razelor X pe cristale.
Câştigătorii premiilor Nobel pentru Fizică şi Chimie sunt desemnaţi de Academia Regală de Ştiinţe din Suedia. De celelalte premii se ocupă Institutul Karolinska (Nobelul pentru Medicină), Academia Suedeză (Nobelul pentru Literatură), un comitet desemnat de parlamentul norvegian (Nobelul pentru Pace) şi Academia Regală de Ştiinţe (Nobelul pentru Economie).

unostintele noastre despre carbon sunt cam tot atât de vechi ca si cele despre foc, dar, cu toate acestea, fiecare secol, fiecare deceniu chiar deschid noi perspective asupra acestui, în aparenta, atât de banal element. Astfel, în anul 1996 Premiul Nobel în chimie era acordat pentru sinteza în laborator a fulerenelor, care, la prima vedere, ar parea, dupa diamant si grafit, „o a treia forma a carbonului”. Povestea nanotuburilor începe în 1991, când japonezul Sumio Iijima, specialist în domeniul microscopiei electronice, a început sa se preocupe de problema fulerenelor (despre fulerene aveti informatii detaliate în numarul 7/8 - 2004 al revistei Stiinta si Tehnica). Pentru a le fabrica el utiliza un cuptor special, cu atmosfera inerta, în care se declansa un arc electric între doi electrozi din carbon pur. În urma experimentelor rezultau fulerene, dar si o serie de reziduuri. Japonezul, om riguros ca orice om de stiinta, s-a apucat sa studieze la microscop si reziduurile ramase dupa obtinerea fulerenelor. Sa nu credeti ca este o treaba simpla. Este nevoie de multa meticulozitate. Meticulozitatea japonezului i-a fost rasplatita într-un târziu. El a devenit descoperitorul nanotuburilor de carbon, obiecte de dimensiuni nanometrice, dar cu un potential de-a dreptul incredibil în ceea ce priveste aplicatiile viitoare. Aceste molecule cilindrice de carbon prezinta proprietati ce le fac utile in multe aplicaţii în nanotehnologie, electronica, optica si alte domenii de stiinta materialelor. Acestea manifesta o duritate si conductibilitate electrica foarte bune si sunt deasemenea foarte buni conductori de caldura. Nanotuburile de carbon (NTC) sunt forme alotropice de carbon cu o nanostructura care poate avea un raport lungime –diametru de mai mare de 10000. Nanotuburile fac parte din familia structurala a fulerenelor si se clasifica in nanotuburi cu un singur perete si nanotuburi cu mai multi pereti. Natura legaturilor dintr-un nanotub este descrisa de chimia cuantica aplicata, in special prin hibridizare orbitala. Legaturile chimice din nanotuburi sunt compuse in intregime din legaturi sp² , similare cu cele de grafit. Acest tip de legaturi , care sunt mai puternice decat legaturile de tip sp³ gasite in structura diamantului asigura duritatea unica a moleculelor .