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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.

La estructura de un carbono nanotubo es clave para sus notables propiedades. Un nanotubo de carbono de pared simple (SWCNT) puede conceptualizarse tomando una lámina de grafeno y enrollándola en un cilindro sin costuras. La forma en que se enrolla la lámina está definida por un vector quiral, [latex]vec{C}_h = nvec{a}_1 + mvec{a}_2[/latex], donde [latex]vec{a}_1[/latex] y [latex]vec{a}_2[/latex] son ​​los vectores de la red de grafeno y (n, m) son enteros. Este vector quiral determina el diámetro del nanotubo y sus propiedades electrónicas. Si n = m, el nanotubo se denomina "sillón" y siempre es metálico. Si n ≥ m es un múltiplo de 3, el nanotubo es un semiconductor de banda estrecha o cuasimetálico. De lo contrario, es un semiconductor de banda moderada. Esta extrema sensibilidad de las propiedades electrónicas a los cambios estructurales sutiles es una característica única de los nanotubos de carbono.

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
  • components in supercondensadores and batteries

Patentes:

  • US 5,747,161
  • US 6,683,783

Ideas para posibles innovaciones

  • material de sujeción del ascensor espacial
  • transistores balísticos para computación ultrarrápida
  • Músculos artificiales a base de hilo cnt
  • pantallas de emisión de campo
  • Cables a nanoescala para circuitos integrados de próxima generación
  • membranes for highly efficient water desalinización
  • andamios para la regeneración de células nerviosas
  • hydrogen storage materials for pila de combustible vehicles
  • Recubrimientos supernegros para instrumentos ópticos
  • materiales de camuflaje térmico
Related to: carbon nanotube, cnt, swcnt, mwcnt, graphene, chirality, tensile strength, sumio iijima, composite material, nanotecnología.

Contexto histórico

Nanotubos de carbono

1984
1986
1986
1991
1994
1997
2002
1984
1985
1986
1990
1993-01-01
1995
2000
2004

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

décimo año aniversario

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