Előző cikkünkben a szén legújabb módosulatáról, a grafénról esett szó. Most a szén egy sokkal régebben ismert formájához térnék vissza. Természetesen a „régi” relatív fogalom: professzoromnak valószínűleg azt juttatná eszébe, hogy nekik még a középiskolában azt tanították, a Nap azért olyan fényes, mert szén ég benne. Azóta azért a szénről is és a Napról is többet tudunk szerencsére. Sokaknak – velem együtt - az 1985-ben felfedezett fullerén is elég régi tudomány. Jelentősége azonban máig megkérdőjelezhetetlen.

A fullerén felfedezése maga remek példa a tudományos élet izgalmaira, az együttműködés fontosságára, és arra is, hogy az egyes szakterületek mennyire összefonódnak. A Nap és szén fogalmai ugyan mára már szétváltak, a csillagok és a szén viszont a fullerénekkel kerülnek még közelebb egymáshoz.

Fullerénnek nevezünk minden kizárólag szénből felépülő üreges molekulát, lehet az gömb, ellipszoid vagy cső. (Utóbbi, szén nanocsövek egy külön írást érdemelnek, ahogy külön kutatási területet is képeznek.) Fulleréneket szén inert (nem reagáló) gázban történő elpárologtatásával nyerhetünk. Az elpárologtatás történhet lézer segítségével. A gáz állapotú szenet aztán héliummal keverik, vákuumba vezetik, és lehűtik néhány Kelvinre. Ezután vizsgálják őket. Fullerének keletkeznek minden grillparti alkalmával is, de még a nagyon kifinomult technikával előállított fulleréneket is nagyon nehéz tisztán kinyerni, elválasztani egymástól, így tömeggyártásuk máig megoldatlan.

A fullerének felfedezéséért 1996-ban adtak Nobel-díjat Robert F. Curl, Sir Harold W. Kroto és Richard E. Smalley kutatóknak. Professzor Kroto akkor még Angliában dolgozott. Fő érdeklődési területe a szénben gazdag csillagóriások voltak, melyekről az akkor nagyon divatos radioasztronómia (véletlenül sem asztrológia!) szolgáltatott gáz analízis eredményeket. A spektrumvonalak nagy szénatomszámú szénláncokra engedtek utalni, de biztosak azok milétében nem lehettek addig, amíg laboratóriumi kísérlettel elő nem tudtak állítani hasonló anyagokat, melyekről tudták, hogy pontosan mik, és össze nem tudták hasonlítani a spektrumukat. Ez ugyanúgy működik, mint amikor a rendőrség talál egy ujjlenyomatot. Ha nincs az adatbázisban egy ugyanolyan, vagy nem találják meg az illetőt, nem tudják mivel összehasonlítani, így nem szolgáltat információt. Itt jött a képbe R. E. Smalley, aki teljesen mással foglalkozott: fémklaszterek előállításával. A klaszterek néhánytól többszáz atomig vagy molekuláig terjedő egységek. Smalley épített egy készüléket, mellyel bármilyen stabil anyagot el tudott párologtatni ívfeszültség segítségével. A nagy feszültség hatására ezek az atomok gázfázisba jutnak, majd mikor lehülnek, klasztereket alkotnak. Ő főleg fémklaszterek vizsgálatára fordította figyelmét R. F Curl-lel együtt. Mikor R. C. Kroto hallott a készülékről, gondolta, ezzel modellezhetné, hogyan képződnek hosszú szénláncok a csillagok forró légkörében. A kísérleteket mindössze tíz nap alatt végezték el, s ezalatt sikerült forradalmi felfedezést tenniük. A szén klaszterek ugyanis egyértelmű többségben 60 szénatomból álltak, kisebb mennyiségben 70 és egyéb tömegekből. A szerkezettel kapcsolatban azonban egyre inkább felmerült a kérdés, vajon tényleg lineáris-e. Építőkocka játék, focilabda, a természet szimmetriára való törekvése, de legfőképp R. Buckminster Fuller építészeti remekműve az 1967-es Montréali Világkiállításra sugallta azt, hogy a 60 szénatom egy aromás rendszert alkot egy csonka ikozaéder formájában. Így kapta a leghíresebb fullerén, a C₆₀, a Buckminster fullerén nevet, vagy röviden „buckyball”.

Ugyan ez a felfedezés egyáltalán nem olyan eredményt szolgáltatott, amit Professzor Kroto érdeklődését szolgálta volna, meg kell birkóznia a fullerének által ránehezedő celeb élet nehézségeivel. Kísérletei nem igazolták azt, amire számított, azonban valóban sikerült reprezentálni laboratóriumi körülmények között, hogy mi is történik az űrben. A csillagközi tér ugyanis, mint utólag számos spektrumon igazolódott, tele van fullerénekkel. Ami a Földön „kivételes” környezet, mint az alacsony hőmérséklet, vákuum, vagy inert atmoszféra, az a világegyetem nagy részében normális. A fullerének földi körülmények között is lassan reagálnak, így az űrben minden adott keletkezésükhöz, és hosszú életükhöz.

A fullerénekkel egy teljesen új kémiai terület nyílt meg. Velük kezdődött az egyatomos vastagságú szén nanocsövek szintézise (grafit nanocsöveket már régebben is készítettek, de azok több atomos falvastagsággal rendelkeztek). Rendkívüli elektromos tulajdonságokkal rendelkeznek, például a C₆₀ némi szennyezéssel molekuláris n-típusú félvezető.

Üreges szerkezetük arra csábít, hogy kalitkaként használva őket más atomokat csomagoljunk beléjük, így készültek alkálifémekkel szupravezetők (legsikeresebb a Cs₂RbC₆₀, mely már 38 K-en szupravezető). Hordozóként pedig különböző gyógyszermolekulák szelektív bejuttatására próbálják használni, például a rákelleni küzdelemben, de kilátás van arra is, hogy fullerénnel lassítani tudják a HIV vírus szaporodását is.

Egyelőre – főleg áruk miatt - nincs igazi alkalmazási területük a fulleréneknek, de a kémiában, a világegyetemben zajló reakciók megértésében forradalmi lépés volt felfedezésük. Beindítottak olyan kísérleti területeket, melyek eredményei már ma is alkalmazhatók.