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Gracias a las técnicas desarrolladas por investigadores de la Universidad de Duke, algún día los nanotubos de carbono podrían usarse para fabricar dispositivos electrónicos, desde gafas de visión nocturna y detectores de movimiento hasta paneles solares más potentes. Sus resultados fueron publicados en la revista. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
Descubiertos por primera vez a principios de la década de 1990, los nanotubos de carbono consisten en capas individuales de átomos de carbono enrollados como pajitas.
El carbono no es exactamente un material nuevo, ya que sirve como base para toda la vida en la Tierra y es la misma sustancia que se encuentra en los diamantes, el carbón y las minas de los lápices. Los nanotubos de carbono son únicos debido a sus extraordinarias propiedades. Estos pequeños cilindros son más fuertes que el acero, pero tan delgados que 50.000 de ellos tendrían el grosor de un cabello humano.
Debido a que los nanotubos de carbono son excelentes conductores de calor y electricidad, durante mucho tiempo se han sugerido como un posible reemplazo del silicio en la búsqueda de dispositivos electrónicos más rápidos, compactos y efectivos.
Sin embargo, producir nanotubos con las propiedades deseadas no es fácil.
Ciertos nanotubos se clasifican como metálicos según cómo están enrollados, lo que permite que los electrones pasen a través de ellos con cualquier energía. El problema es que no puedes apagarlos. Esto limita su aplicación en la electrónica digital, donde los estados binarios se almacenan mediante pulsos eléctricos que están encendidos o apagados, similares a los transistores semiconductores de silicio que alternan entre 0 y 1 bit para realizar cálculos.
Michael Therien, profesor de química de Duke, y sus colegas afirman haber encontrado una alternativa. La técnica convierte un nanotubo metálico, que siempre deja pasar la corriente, en una forma semiconductora que se puede encender y apagar.
La clave está en polímeros únicos (sustancias cuyas moléculas están unidas en largas cadenas) que se envuelven alrededor del nanotubo en una espiral ordenada”.como envolver una cinta alrededor de un lápiz“, dice el primer autor Francesco Mastrocinque, que se doctoró en química. en el laboratorio de Therien en Duke.
Descubrieron que el efecto es reversible. Las propiedades electrónicas del nanotubo cambian de conductor a semiconductor cuando se envuelve en un polímero. Sin embargo, el nanotubo vuelve a su estado metálico después de desembalarlo.
Además, los investigadores demostraron que pueden crear múltiples tipos de nanotubos semiconductores modificando el tipo de polímero que rodea un nanotubo. Sólo pueden conducir electricidad cuando se les suministra la cantidad adecuada de energía externa.
Este método ofrece una nueva herramienta sutil. Le permite producir específicamente un semiconductor.
Michael Therien, profesor, Universidad de Duke
El uso práctico del método probablemente aún esté muy lejos.
Therien añadió: “Estamos muy lejos de fabricar dispositivos.«
Mastrocinque y sus coautores dicen que el trabajo es importante porque es una forma de diseñar semiconductores que pueden conducir electricidad cuando son impactados por luz de ciertas longitudes de onda de baja energía que, si bien son comunes, son invisibles para el ojo humano.
Por ejemplo, los hallazgos del equipo de Duke podrían algún día ayudar a otros a desarrollar nanotubos que puedan identificar objetos ocultos en las sombras, como vehículos o personas, mediante la detección del calor liberado en forma de radiación infrarroja. Uno de estos híbridos de nanotubos y polímeros generaría una señal eléctrica en respuesta a la luz infrarroja, como la que emiten los animales de sangre caliente.
Consideremos las células solares: este método captura más energía solar mediante la creación de semiconductores de nanotubos que pueden convertir una variedad más amplia de longitudes de onda en electricidad.
Estas estructuras también podrían ser materiales perfectos para nuevos sistemas informáticos y de almacenamiento de datos que procesan y transportan información utilizando espines de electrones además de su carga debido a la capa en espiral de la superficie del nanotubo.
Referencia de la revista:
Mastrocinque, F., et. Alabama. (2024) Apertura de banda prohibida de nanotubos de carbono metálicos de pared simple mediante ruptura de simetría no covalente. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. doi:10.1073/pnas.2317078121.
Fuente: https://duke.edu/
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