Nanotubos: una nanopartícula basada en carbono

Un descubrimiento nanotecnología significativo que salió a la luz en 1991 fue de nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono son estructuras cilíndricas que tienen diámetros tan pequeños como 1 nm y longitudes de hasta varios centímetros. Los nanotubos de carbono tienen la proporción más alta resistencia-peso de cualquier material conocido. Aunque los nanotubos de carbono son fuertes, no son quebradizos. Pueden ser doblados, y cuando se libera, se retorna a su forma original.

Un tipo de nanotubo de carbono tiene una forma cilíndrica con extremos abiertos.

Un nanotubo de carbono.
Un nanotubo de carbono.

Otro tipo de nanotubo tiene extremos cerrados, formados por algunos de los átomos de carbono en la combinación de pentágonos en el extremo del nanotubo.

Un nanotubo de carbono con extremos cerrados.
Un nanotubo de carbono con extremos cerrados.

Los nanotubos de carbono pueden ocurrir como varios cilindros concéntricos de átomos de carbono, llamados nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCTs). Lógicamente, los nanotubos de carbono que tienen un solo cilindro son llamados nanotubos de carbono de pared simple (SWCTs). Tanto MWCT y SWCT se utilizan para reforzar materiales compuestos.

Un nanotubo de carbono de pared múltiple.
Un nanotubo de carbono de pared múltiple.

Propiedades eléctricas de los nanotubos

Las propiedades eléctricas de los nanotubos de carbono dependen de cómo se orientan los hexágonos lo largo del eje del tubo. Tres orientaciones posibles: sillón, zigzag, y quiral.

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Nanotubos de carbono Sillón tienen propiedades eléctricas similares a los metales. Cuando se aplica un voltaje entre dos extremos de un nanotubo de sillón, una corriente fluirá. Un nanotubo de carbono sillón es mejor conductor que el cobre o cualquier otro metal.

Los investigadores están desarrollando métodos para girar los nanotubos de carbono juntos para hacer cables eléctricos de baja resistencia que podrían transformar la red de energía eléctrica, reducir la potencia consumida, y reducir el peso del cableado en aplicaciones sensibles al peso como naves espaciales y aviones. Los investigadores están considerando el uso de nanotubos de carbono de sillón para reemplazar las líneas de metal en los circuitos integrados.

Los nanotubos de carbono quirales en zigzag y comparten propiedades eléctricas similares a los semiconductores. Estas dos configuraciones de los nanotubos de sólo conducir una corriente eléctrica cuando la energía extra en forma de luz o un campo eléctrico se aplica a los electrones libres de los átomos de carbono. Nanotubos semiconductores podrían ser útiles en la construcción de transistores cada vez más pequeños utilizados en los circuitos integrados para todo tipo de dispositivos electrónicos.

Otra propiedad interesante de los nanotubos de carbono es que su resistencia eléctrica cambia significativamente cuando otras moléculas se unen a sus átomos de carbono. Las empresas están utilizando esta propiedad para desarrollar sensores que pueden detectar vapores químicos como el monóxido de carbono o moléculas biológicas.

Nanotubos unidos con otros materiales forman compuestos extra fuertes

Los átomos de carbono en los nanotubos son grandes en la formación de enlaces covalentes con muchos otros tipos de átomos por varias razones:

  • Los átomos de carbono tienen una capacidad natural para formar enlaces covalentes con muchos otros elementos debido a una propiedad llamada electronegatividad. Electronegatividad es una medida de la fuerza con un átomo se aferra a los electrones que orbitan alrededor de ella. Debido a que el carbono tiene una calificación electronegatividad en el centro de la gama, puede formar enlaces covalentes estables con un gran número de elementos.

  • Todos los átomos de carbono en los nanotubos están en la superficie del nanotubo y por lo tanto accesible a otros átomos.

  • Los átomos de carbono en los nanotubos están unidos a sólo tres otros átomos, por lo que tienen la capacidad de unirse a un cuarto átomo.

Estos factores hacen que sea relativamente fácil para unir covalentemente una variedad de átomos o moléculas a los nanotubos, que cambia las propiedades químicas del nanotubo. (Este método se llama funcionalización.)

Tomando esta cosa unión aún más, si las moléculas unidas a los nanotubos de carbono también se adhieren a las fibras de carbono, nanotubos de carbono funcionalizados las pueden unir a las fibras en un material compuesto, produciendo un material más fuerte.


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