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Los paneles de nanotubos de carbono (CNT) de alto rendimiento se pueden reciclar manteniendo su forma, alineación estructural, capacidades mecánicas y eléctricas y flexibilidad inherente, según una investigación innovadora del Instituto IMDEA Materiales.
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El investigador de materiales de IMDEA, Dr. Anastasiia Mikchalchan con una placa de nanotubos de carbono reciclado. Crédito de la foto: Instituto IMDEA Materiales.
Recientemente se publicó una edición especial de la respetada revista. carbón publicó un estudio titulado «Estructura de red que permite la reutilización y la retención casi completa de las propiedades de las láminas de CNT recicladas a partir de compuestos termoestables».
Este es un paso importante hacia el desarrollo de materiales nanoestructurados sostenibles y aumenta la probabilidad de que las fibras, películas y textiles basados en nanotubos de carbono se utilicen ampliamente en la futura revolución de la energía verde.
Esta investigación representa un paso crucial hacia la producción y el uso de fibras y placas de CNT sostenibles y reciclables..
Dr. Anastasiia Mikhalchan, co-investigadora principal e investigadora asociada senior, IMDEA Materiales
“Estos podrán desplazar el CO generalizado.2-materiales intensivos como la fibra de carbono tradicional y algunos metales como el cobre, que reducen nuestras futuras emisiones de CO22 Huella de emisiones. Nuestro trabajo muestra que los materiales de nanotubos de carbono de alto rendimiento son reciclables y pueden reutilizarse en la misma aplicación como refuerzo estructural o conductores eléctricos. Esto se debe a que ni su continuidad, orientación y propiedades mecánicas ni su conductividad se ven afectadas por el reciclaje. Este es el primer intento en esta dirección que aborda una necesidad crítica de la sociedad.“, agregó la Dra. – añadió Mijalchan.
El estudio utiliza nanotubos de carbono sintetizados mediante el método de deposición de vapor químico con catalizador flotante (FCCVD), lo que permite su rápido crecimiento y ensamblaje directo en materiales de red independientes.
El Instituto IMDEA Materiales es líder mundial en este campo y actualmente es la única institución de investigación de la Unión Europea capaz de sintetizar macromateriales de nanotubos de alta calidad.
Estas fibras y películas de CNT exhiben una excelente tenacidad estructural y flexibilidad, así como propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas. Esto los hace adecuados, entre otras cosas, para el refuerzo estructural en laminados compuestos, así como para sensores de deformación/tensión imprimibles, conductores eléctricos y ánodos flexibles de baterías.
Además de la reciclabilidad demostrada en forma de capas macroscópicas, los investigadores también ven la posibilidad de una mayor descomposición de las capas recicladas en sus componentes, nanotubos de carbono, en soluciones cristalinas líquidas. Estos CNT podrían luego convertirse en una fibra nueva y superior.
Dr. Mikhalchan explicó además: “Esta perspectiva es similar a dividir un modelo LEGO en sus ladrillos individuales y luego reconstruir el modelo original con la misma forma, robustez y calidad. Esto nunca es posible con las fibras de carbono convencionales porque su estructura cristalina es creada por cristalitos fusionados en el proceso de grafitización y, por lo tanto, no pueden «descomponerse» en cristalitos individuales y regrafitizarse en un filamento de fibra continuo. Por el contrario, los nanotubos de carbono son capaces de disolverse en superácidos y volver a girar para formar una fibra, algo que aún está por confirmar en el futuro.«
La Iniciativa Carbon Hub, dirigida por la Universidad Rice, está financiando esta investigación innovadora. El grupo de investigación “Nanocompuestos Multifuncionales” liderado por el Dr. Juan J. Vilatela de IMDEA Materiales participa activamente en la iniciativa, al igual que algunas de las instituciones académicas más prestigiosas del mundo, incluidas el MIT, la Universidad de Stanford, la Universidad de Cambridge y Georgia Tech.
Para lograr cero emisiones en el futuro, Carbon Hub, en colaboración con partes interesadas del sector del petróleo y el gas, está buscando un nuevo paradigma en la coproducción sostenible de hidrógeno limpio y materiales de carbono nanoestructurados innovadores a partir de gas natural y petróleo.
La iniciativa propone convertir los hidrocarburos en nanocarbonos de alto rendimiento y valor agregado (como fibras y películas CNT) que produzcan energía limpia neta como hidrógeno (turquesa), como una alternativa a la quema de hidrocarburos para generar energía y al mismo tiempo liberar gigatoneladas de CO.2 a la atmósfera.
La capacidad mundial para producir CNT es actualmente de 10 kt/año y crece aproximadamente un 30% cada año. Sin embargo, si las iniciativas del Carbon Hub tienen éxito y los nanocarbonos comienzan a desplazar a los metales, esto podría acelerarse a la escala de megatones.
Otro paso importante en este camino es el estudio presentado por investigadores de materiales de IMDEA que demuestra que los materiales de nanotubos de carbono de alta calidad son inherentemente reciclables y reutilizables en la misma aplicación.
Son similares a los polímeros dúctiles en su estructura de red y dureza inherente, tienen una alta tolerancia a fallas y pueden reciclarse y reprocesarse para obtener productos de alta calidad.
Dr. Mikhalchan añadió: “Hace apenas tres años había poco interés en el reciclaje de materiales basados en CNT, pero ahora se está convirtiendo en un tema mucho más relevante. Creemos que nuestra investigación estimulará la expansión de la fabricación de materiales CNT de alto rendimiento y su adopción más rápida por parte de la industria, sabiendo que dichos materiales ofrecen sostenibilidad y reciclabilidad y son capaces de reducir el peso de los componentes y las emisiones de CO2 de la industria.2 Huella.«
Entre las personas que, junto al Dr. Los contribuyentes de Mikhalchan al último descubrimiento incluyen al Dr. Vilatela, Prof. Carlos González, Dr. Andrea Fernández Gorgojo, Ph.D. Candidato a IMDEA Materiales y ex becario Sergio Ramos Lozano.
Referencia de la revista:
Gómez-Palos, I., et. Alabama. (2024) Gas a nanotextiles: materiales de alto rendimiento a partir de nanopartículas 1D suspendidas. carbón. doi:10.1039/D3NR00289F
Fuente: https://materials.imdea.org/
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