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(noticias nanowerk) Los nanotubos de carbono se han mostrado prometedores para todo, desde la microelectrónica hasta la aviación y el almacenamiento de energía.
Los investigadores creen que este material algún día podría cumplir el sueño de ciencia ficción de construir un ascensor al espacio.
Entonces, ¿por qué no se utilizan con más frecuencia?
El químico de la Universidad de Cincinnati, Noe Alvarez, dijo que un obstáculo ha sido la frustrante incapacidad de unir nanotubos de carbono a superficies metálicas en una unión robusta para sensores, transistores y otras aplicaciones. Estos tubos huecos tienen sólo una milmillonésima parte de un metro de diámetro, pero pueden tener muchos centímetros de largo.
«Queremos que nuestros experimentos sean reproducibles y consistentes, pero eso no es fácilmente posible con los nanotubos porque no podemos controlar qué tan bien se adhieren a las superficies metálicas», dijo.
Pero él y sus colaboradores han demostrado un nuevo proceso químico que injerta nanotubos en superficies metálicas para crear una conexión conductora fuerte y consistente. El estudio fue publicado en la revista científica. Avances a nanoescala (“Creación de enlaces covalentes entre Cu y C en la interfaz de nanotubos de metal/carbono de extremos abiertos”).
En iteraciones anteriores, se dispersaron nanotubos de carbono en una solución para crear lo que Álvarez compara con «espaguetis húmedos» pegados a una superficie metálica.
“Pero no existe una conexión estable. En realidad, nada mantiene los nanotubos en la superficie”, afirmó.
Por lo tanto, las mediciones de propiedades como la conductividad eléctrica fueron inexactas e inconsistentes.
Álvarez y sus socios de investigación en la Universidad Texas A&M, dirigidos por el profesor de ingeniería química Jorge Seminario, demostraron formas de unir químicamente nanotubos a cobre, aluminio, oro y otras superficies metálicas.
Álvarez y sus colaboradores recibieron una subvención de 720.000 dólares de la Fundación Nacional de Ciencias para seguir desarrollando su descubrimiento químico durante los próximos tres años.
“¿Por qué no vemos nanotubos de carbono en aplicaciones comerciales generalizadas a pesar de que tienen tanto potencial? Todavía tenemos mucho que resolver”, dijo Chaminda Nawarathne, estudiante de doctorado de la UC y líder del estudio.
Álvarez y sus coautores descubrieron mediante cálculos informáticos que los átomos de carbono del compuesto orgánico en realidad se combinan con dos átomos de cobre, creando un enlace particularmente fuerte.
«Esto explica por qué nuestros nanotubos, una vez unidos químicamente, permanecen unidos», dijo Álvarez. 240222aAlvarez013.CR2 El profesor de química de la UC Noe Alvarez y la estudiante de posgrado Chaminda Nawarathne han desarrollado un proceso químico para unir nanotubos de carbono a metales, abriendo una enorme ventana de posibilidades en el almacenamiento de energía, las comunicaciones y la ingeniería biomédica.
Los nanotubos de carbono se utilizan para crear el material sintético más negro de la Tierra, absorbiendo más del 99% de toda la luz. Las fibras de nanotubos son fuertes y ligeras. Foto/Andrew Higley/UC Marketing + Marca
Se sabe que los nanotubos de carbono son moléculas fuertes, dijo Álvarez. Su estructura molecular crea una elegante red hexagonal.
“Los bonos de carbono son los bonos más fuertes. Son enlaces covalentes. Por eso el diamante es el material más duro porque son enlaces carbono-carbono”, dijo Álvarez.
Mientras que los átomos de carbono de los diamantes tienen enlaces simples, los nanotubos de carbono tienen átomos de doble enlace conjugados, lo que los hace incluso más fuertes que los diamantes, dijo Álvarez.
Los cables hechos de nanotubos de carbono resistentes pero livianos están destinados a crear «ascensores espaciales» que podrían llevar dispositivos a la órbita, dijo Álvarez.
En la escena inicial de la película de Brad Pitt Ad Astra se representó un ascensor espacial.
Pero la fuerza es sólo una de sus propiedades únicas.
Los nanotubos de carbono se utilizan para fabricar el material sintético más negro del planeta. Álvarez dijo que sus fuertes vínculos con el metal podrían conducir a mejores pinturas y revestimientos.
“Los nanotubos son bastante inertes. Son muy estables. Puedes conectarlos sin romper sus vínculos. «Los nanotubos semiconductores también tienen propiedades de fluorescencia: pueden producir luz», dijo Álvarez. «Así que la lista de aplicaciones puede seguir y seguir».
Nawarathne dijo que está buscando aplicaciones potenciales en el almacenamiento de energía.
«Ahora que podemos conectar los nanotubos de carbono a un colector de corriente o a una sonda metálica, podemos fabricar electrodos muy estables para supercondensadores», afirmó Nawarathne.
Los estudiantes de química de la UC están «cultivando» nanotubos en obleas de silicio mediante un proceso llamado deposición química catalítica de vapor en dispositivos que calientan reactivos y un catalizador de hierro a 1,450 grados Fahrenheit.
“Hace un calor abrasador”, dijo Álvarez, señalando un objeto visible a través de una ventana de vidrio en la máquina del tamaño de un horno. “Es como una bandeja para hornear. El catalizador entra aquí”.
Después de 45 minutos, se forma una fina capa de nanotubos de carbono sobre el silicio. A partir de ahí, los investigadores pudieron electroinjertar los nanotubos en varias superficies metálicas. Inicialmente utilizaron haces de nanotubos, pero con procesos refinados pueden conectar nanotubos alineados verticalmente.
“Es como intentar reconectar la lana a una oveja. Tienes hilo que ha sido esquilado de la oveja. Podemos reconectar químicamente fibras individuales a las ovejas”, dijo.
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