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Nanotubos de carbono

1991
  • Sumio Iijima
Investigador manipulando nanotubos de carbono con un microscopio de fuerza atómica en el laboratorio de ciencias de los materiales.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Los nanotubos de carbono (CNT) son moléculas cilíndricas de láminas enrolladas de átomos de carbono de una sola capa (grafenoPueden ser de pared simple (SWCNT) o de pared múltiple (MWCNT). Sus propiedades son extraordinarias, incluyendo una resistencia a la tracción excepcional (~100 GPa), alta conductividad eléctrica y alta conductividad térmica. Su comportamiento electrónico (metálico o semiconductor) depende de su quiralidad, es decir, del ángulo de enrollamiento de la red de grafeno.

The structure of a carbon nanotube is key to its remarkable properties. A single-walled carbon nanotube (SWCNT) can be conceptualized by taking a sheet of graphene and rolling it into a seamless cylinder. The way the sheet is rolled is defined by a chiral vector, [latex]vec{C}_h = nvec{a}_1 + mvec{a}_2[/latex], where [latex]vec{a}_1[/latex] and [latex]vec{a}_2[/latex] are the graphene lattice vectors and (n, m) are integers. This chiral vector dictates the nanotube’s diameter and its electronic properties. If n = m, the nanotube is called “armchair” and is always metallic. If n – m is a multiple of 3, the nanotube is a narrow-gap semiconductor or quasi-metallic. Otherwise, it is a moderate-gap semiconductor. This extreme sensitivity of electronic properties to subtle structural changes is a unique feature of CNTs.

Los nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT) consisten en múltiples cilindros concéntricos de grafeno, anidados como muñecas rusas. Generalmente son más fáciles y económicos de producir que los SWCNT, pero presentan propiedades más complejas debido a las interacciones entre paredes. Su resistencia mecánica es excepcional. Los fuertes enlaces carbono-carbono sp² hacen de los CNT uno de los materiales más rígidos y resistentes jamás descubiertos, con un módulo de Young superior a 1 TPa y una resistencia a la tracción de hasta 100 GPa, muy superior a la del acero. Su conductividad térmica a lo largo del eje del tubo también puede superar la del diamante. Estas propiedades los convierten en agentes de refuerzo ideales en materiales compuestos. Sin embargo, persisten desafíos para lograr una dispersión uniforme dentro de una matriz y para producir CNT con una quiralidad única y seleccionada a gran escala, lo que ha limitado su aplicación en electrónica, donde la pureza es fundamental.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Física del estado sólido

Tipo

Material

Ruptura

Revolucionario

Uso

Nicho/Especialización

Precursores

  • descubrimiento de los fulerenos (c60) en 1985
  • Predicciones teóricas de la existencia y estabilidad de los nanotubos de carbono
  • Desarrollo de técnicas de síntesis por descarga de arco y ablación láser
  • Avances en la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (hrtem) para la obtención de imágenes

Aplicaciones

  • aditivos en compuestos de alta resistencia (por ejemplo, cuadros de bicicletas, piezas de automóviles)
  • Películas conductoras para pantallas táctiles y electrónica
  • Consejos para sondas de microscopio de fuerza atómica (AFM)
  • Materiales de interfaz térmica para refrigeración de dispositivos electrónicos
  • componentes en supercondensadores y baterías

Patentes:

  • US 5,747,161
  • US 6,683,783

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: nanotubo de carbono, CNT, SWCNT, MWCNT, grafeno, quiralidad, resistencia a la tracción, Sumio Iijima, material compuesto, nanotecnología.

Contexto histórico

Nanotubos de carbono

1984
1986
1986
1991
1995
2000
2004
1984
1985
1986
1990
1994
1997
2002
2015-09-14

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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