Nanotubos de Carbono

Introducción

Para entender qué es un nanotubo de carbono se toma una hoja de grafeno y enrolla en forma cilíndrica como se puede ver en el dibujo.

Estos son moléculas con estructura tubular constituidas únicamente de átomos de carbono. Son sistemas ligeros, huecos y porosos que tienen alta resistencia mecánica, y por tanto, interesantes para el reforzamiento estructural de materiales y formación de composites de bajo peso, alta resistencia a la tracción y enorme elasticidad. Además posee una alta capacidad de conducción eléctrica siendo un semiconductor y a veces casi se comporta como un superconductor. Otra capacidad que tiene es la alta resistencia a la temperatura.

Con todas estas propiedades, los nanotubos de carbono se han vuelto un objeto muy interesante de analizar, estudiar y desarrollar para los científicos de la nueva era, ya que cumplen con la habilidad para trabajar a escala molecular permitiendo crear grandes estructuras con nueva organización molecular, son materiales base, utilizados para la síntesis de nanoestructuras vía autoensamblado, tienen propiedades y simetría únicas que determinan sus potenciales aplicaciones en diferentes campos que van desde la electrónica, formación de composites, almacenamiento de energía y biomedicina. Además de poseer muchas ventajas competitivas entre otros materiales y tecnologías que existen actualmente. Incluso tecnologías recientes como las pantallas de LCD y plasma, donde la fabricación de pantallas con nanotubos de carbono permite tener imágenes mas definidas y con un menor costo.

Sobre las características de lo nanotubos hay que la distancia entre los átomos de carbono es de 1,425 Å. Los nanotubos suelen tener diámetros típicos entre 0,4 y 2,5 nm. Por debajo de los 0,4 nm la tensión causada por la curvatura es muy fuerte y puede romper los enlaces y por encima de los 2,5 nm es energéticamente mejor no formar un tubo sino una cinta doble.

Ahora existen variadas formas y tipos de nanotubos, todo esto depende según el método en que se formen, los nanotubos van a tener una distinta distribución. Esto puede producir que el nanotubos tengan una sola pared o más paredes, o que la forma de la malla sea distinta formando tubos de carbono con distintas propiedades.

Los nanotubos de paredes múltiples Se tratan de nanotubos de diferentes diámetros, uno dentro del otro como lo demuestra el primer dibujo de arriba. Por tener mas capas la parte interior está más protegida de sustancias químicas. En las capas mas exteriores las propiedades de las capas se aproximan más y más al grafito, estos por su mayor tamaño fueron descubiertos antes que los nanotubos de una sola pared, incluso en 1952.

Debido a la manera de enrrollar la malla de grafeno se pueden obtener distintas formas de nanotubos, como la zig –zag, armchair, chiral, como los que se muestran en la segunda imagen de arriba. La importancia de de estas formas puede llegar a ser muy relevante, en los nanotubos zig-zag se puede decir que son semiconductores, ahora dependiendo de su diámetro y temperatura, incluso teóricamente se puede decir que los nanotubos armchair por sus características pueden ser tratados como un elemento metálico.

A continuación una reseña sobre la historia de los nanotubos de carbono para dar a conocer la importancia que este tuvo al transcurrir los años en la nanotecnología y el impacto que este causó debido su estructura y propiedades que se han usado para una amplia diversidad de nuevas aplicaciones.

Primero se debe mencionar que están los CNT (nanotubos de carbono), y los CNF (nanofibras de carbono) en la cual su separación se debe a su origen más que su propia estructura.

Los nanotubos de carbono fueron descubiertos y desarrollados por grupo de investigación que trabajaban sintetizando Fullerenos (moléculas de carbono) vaporizando grafito; en cambio, las nanofibras de carbono fueron desarrollados a fin de producir unas fibras de carbono alternativas y más económicas que las obtenidas por hilado.

Como primer antecedente histórico, en 1889 Hugues Chambers patentó en EE-UU. Un procedimiento para la fabricación de filamentos de carbono utilizando como gases precursores hidrógeno y metano en un crisol de hierro.

En el año 1952 ya se habían descubierto nanotubos en Rusia por los científicos Radushkevich y Lukyanovich, donde hicieron publicaciones en ruso que pasaron desapercibidas para los científicos de la época.

Al año siguiente, Davis, Slawson y Rugby con el desarrollo del microscópico electrónico describen la producción de unos filamentos entre 100 y 200 nm de forma helicoidal, a partir de la desproporción de monóxido de carbono catalizado por hierro a 450ºC, permaneciendo este en la punta de los filamentos; a la ves se producían también carbono amorfo y carburos de hierro.