¿Qué son los Nanotubos?
Un nanotubo es un material microscópico de estructura tubular.
Se llaman nanotubos porque el tamaño del tubo está en la escala nanométrica. En general, el término se refiere a los nanotubos de carbono, que están compuestos de carbono.
Los nanotubos de carbono fueron descubiertos en 1991 por el doctor Sumio Iijima (hoy profesor vitalicio de la Universidad de Meijo) y consisten en una lámina de anillos de benceno sin espacios entre ellos, enrollados en forma cilíndrica. En este cilindro se pueden insertar otros tubos finos, denominándose nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) a una sola capa y nanotubos de carbono de pared múltiple (MWNT) a varias capas. nanotubo).
Aplicaciones de los Nanotubos
Los nanotubos de carbono se utilizan a menudo en el campo de la nanotecnología. Gracias a su elevada conductividad y relación de aspecto, pueden formar redes de tubos conductores.
Gracias a sus fuertes enlaces químicos, también pueden utilizarse con polímeros para aumentar su resistencia mecánica, lo que los convierte en muy buenos materiales conductores del calor. Se espera que sus propiedades electrónicas y mecánicas se utilicen en una amplia gama de campos como material fundamental para la nanotecnología. Algunos ejemplos de productos en los que ya se han empezado a utilizar son las raquetas de tenis, los cuadros de bicicleta, los altavoces, los auriculares y los cables.
Principios de los Nanotubos
Los nanotubos de carbono son materiales químicamente muy estables y extremadamente ligeros, con una densidad de sólo la mitad de la del aluminio. Sin embargo, son 20 veces más fuertes que el acero, 1.000 veces más resistentes a la densidad de corriente que el cobre y tienen mayor conductividad térmica que éste.
1. Nanotubo de Carbono de Pared Simple (SWNT)
Los nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) son materiales cilíndricos sin juntas formados por una sola capa de grafeno; la conductividad eléctrica de los SWNT varía con la brecha de banda en función del enrollamiento y el diámetro de las láminas de grafeno que forman el tubo, y pueden presentar un comportamiento metálico o semiconductor.
2. Nanotubos de Carbono de Pared Múltiple (DWNT)
Los DWNT (nanotubos de carbono de doble pared) tienen una brecha de banda adecuada para los transistores de efecto de campo. Sin embargo, su comportamiento eléctrico es muy complejo, lo que limita su uso a ámbitos como la electrónica de capa fina. Otras aplicaciones incluyen agentes de contraste y agentes terapéuticos en sistemas biológicos mediante la funcionalización selectiva de la capa externa.
3. Nanotubos de Carbono Multipared (MWNT)
Los nanotubos de carbono multipared (MWNT) son más fáciles de producir en masa y más baratos por unidad que sus homólogos de pared simple (SWNT). La funcionalización suele provocar la ruptura de los dobles enlaces del carbono y cambios en sus propiedades, mientras que en los nanotubos de carbono multipared sólo se modifica la capa exterior, por lo que se pueden mantener las propiedades originales.
Se necesitan métodos para modificar la superficie de los nanotubos de carbono con el fin de introducir nuevas propiedades para aplicaciones específicas, como la solubilización en diversos disolventes, la mejora de la funcionalidad, la dispersabilidad y la compatibilidad. Esto puede lograrse provocando reacciones de oxidación mediante ácidos, ozono, plasma, etc. Por ejemplo, la formación de grupos hidroxilo y carboxilo crea polaridad, lo que puede proporcionar solubilidad y aumentar la afinidad con diversos polímeros.
Otra Información sobre los Nanotubos
1. Aplicaciones Prácticas de los Nanotubos
El AIST, junto con una empresa de investigación conjunta, ha utilizado los resultados de un proyecto NEDO para comercializar con éxito una junta tórica utilizada como componente de sellado para tuberías y contenedores utilizando nanotubos de carbono (CNT) sintetizados mediante el método de supercrecimiento, lo que la convierte en la primera comercialización (2018).
Los nanotubos pueden sintetizarse por ablación láser, descarga de arco y deposición química de vapor (CVD). De estos enfoques, el método CVD es el más factible para la producción industrial en masa.
El método de supercrecimiento es un método de síntesis extremadamente innovador por el que la vida útil del catalizador, que suele ser de unos segundos, puede ampliarse a decenas de minutos añadiendo una cantidad muy pequeña de agua (del orden de ppm) a la atmósfera de síntesis del método CVD, lo que permite sintetizar grandes cantidades de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) con una eficiencia temporal 3.000 veces superior a la de los métodos convencionales, a partir de una cantidad muy pequeña de catalizador. El método Super Growth es un método de síntesis extremadamente innovador.
En comparación con los CNT convencionales, los CNT obtenidos por el método de supercrecimiento tienen características como “alta relación de aspecto”, “alta pureza” y “gran superficie”, y se espera que se apliquen a nuevos materiales funcionales con nuevas funciones y características. En concreto, se espera que se aplique a materiales innovadores como materiales de caucho de alto rendimiento y materiales de alta conductividad térmica, y se espera que aumente la demanda de estos materiales.
En el futuro, se esperan aplicaciones prácticas en el campo de la energía, como electrodos de supercondensadores y materiales de electrodos de baterías secundarias; en el campo de la electrónica, como circuitos semiconductores sustitutivos del silicio y circuitos eléctricos flexibles; en el campo de los materiales de alto rendimiento, como películas conductoras transparentes y actuadores; y en el campo de los materiales estructurales, como materiales de refuerzo de carrocerías de automóviles y materiales de refuerzo de carrocerías de aviones. Se esperan aplicaciones prácticas.
2. Producción Masiva de Nanotubos
La producción en masa de nanotubos de carbono se estableció utilizando el método de supercrecimiento desarrollado por el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST), basado en los resultados de un proyecto de NEDO. ZEON Corporation completó una planta para la producción en masa de nanotubos de carbono (CNT) utilizando el método de supercrecimiento, y la primera planta de producción en masa del mundo entró en funcionamiento en 2015.
3. Inconvenientes de los Nanotubos
Los nanotubos de carbono han sido señalados como cancerígenos y otros riesgos cuando son inhalados por el cuerpo humano. Por este motivo, diversos institutos de investigación están evaluando los riesgos para el cuerpo humano.
Otro problema es que los nanotubos de carbono son más caros que otros materiales. Se espera que el establecimiento de una tecnología de producción masiva en el futuro permita bajar los precios.