¿Qué significan los nanotubos de carbono? ¿Cuál es la importancia y los usos de los nanotubos de carbono? ¿Cuál es la historia de los nanotubos de carbono?
Qué Significa Nanotubos de Carbono
Los nanotubos de carbono fueron descubiertos en 1991 por Sumiyo Iijima, un científico japonés que trabajaba en la Corporación NEC. Un nanotubo de carbono (CNT) es una forma tubular de carbono con un diámetro tan pequeño como 0,4 nm y un nanómetro desde unos pocos nanómetros hasta un milímetro. La relación longitud-diámetro de nanotubos de carbono puede ser tan grande como 28,000,000: 1, que no tiene igual por ningún otro material.
El carbono existe en varias formas; El grafito y el diamante son los más familiares. Para imaginar cómo se ve el nanotubo, piense en tomar una sola capa de una hoja de grafito, cortarla en un trozo pequeño de cualquier tamaño y enrollarla como si fuera un cigarro. El resultado es un nanotubo de carbono de pared simple (SWCNT). Si tomas varias capas de una hoja de grafito y las enrollas como un cigarro, entonces obtienes un nanotubo de carbono de pared múltiple (MWCNT).
Por supuesto, nadie está sentado tirando hojas de grafito para hacer nanotubos. Estos se cultivan en laboratorios, a menudo utilizando un proceso llamado deposición química de vapor.
Aunque hay muchos reactores de crecimiento comercial sofisticados disponibles, los nanotubos de carbono pueden fabricarse en un laboratorio de química estándar. Un tubo de cuarzo de aproximadamente 2,5 cm de diámetro sirve como reactor de crecimiento y se inserta dentro de un horno de tubos (un horno de tubos es un dispositivo de calentamiento estándar para realizar síntesis y purificaciones). El nanotubo se cultiva en una oblea de silicio que se coloca en una ubicación central dentro del tubo de cuarzo. Se aplica una capa delgada de hierro o níquel o cobalto a la oblea de silicio para servir como catalizador para hacer crecer los nanotubos. Un hidrocarburo como el metano (forma de gas natural de alta pureza) o etano o acetileno se envía a través del tubo del reactor, que se calienta a 750-900ºC en el horno.
En unos pocos minutos, la oblea de silicio aparece en negro, lo que indica que está cubierta con nanotubos. Dependiendo de las condiciones de crecimiento (temperatura, tipo de gas, espesor del catalizador, etc.), se encuentran nanotubos de carbono de pared simple o pared múltiple en la oblea de silicio. Estos se pueden ver utilizando microscopios potentes, como un microscopio electrónico de barrido o un microscopio electrónico de transmisión. Si no se usa el catalizador de hierro o níquel, solo se forma carbono amorfo como se conoce por la química de primer año. Cuando el experimento de crecimiento dura varios minutos, los nanotubos de una sola pared se ven como espaguetis en un plato, ya que son muy largos y tienen un diámetro pequeño. Una mirada más cercana también revela que estos nanotubos tienden a agruparse como una cuerda debido a una fuerza llamada fuerza de van der Waals.
Un nanotubo de carbono de pared simple se caracteriza por un conjunto de dos enteros (n, m) llamado vector de quiralidad. Cuando (n-m) / 3 es un número entero (por ejemplo, cuando n es 8 y m es 2), entonces el nanotubo tiene propiedades metálicas; Si (n-m) / 3 no es un número entero, el nanotubo correspondiente se comporta como un semiconductor. La capacidad de crear tubos de naturaleza metálica o semiconductora es de gran importancia práctica. Los chips de computadora de hoy en día usan silicio (que es un semiconductor) junto con cobre (que es un metal) para construir circuitos. Los científicos e ingenieros prevén toda la electrónica basada en carbono utilizando nanotubos de carbono metálicos y semiconductores de diferentes valores de n y m.
Además de las propiedades electrónicas únicas, los nanotubos de carbono de pared simple exhiben propiedades mecánicas extraordinarias. Son cien veces más fuertes que el acero en una sexta parte de su peso. Su capacidad para transportar corriente y calor a lo largo de la dirección axial es extraordinaria, y por lo tanto tiene el potencial de reemplazar los cables de cobre como conductores.
Las emocionantes propiedades de los nanotubos de carbono han llevado a amplios estudios en todo el mundo para su uso en compuestos de alta resistencia pero de bajo peso, armaduras corporales, polímeros conductores, protección contra descargas electrostáticas, chips de computadora, químicos y biosensores y muchas otras aplicaciones. Un problema que debe abordarse en todas las aplicaciones es la toxicidad potencial de los nanotubos de carbono.
