Nanotubos de Carbono

Introducción

Para entender qué es un nanotubo de carbono se
toma una hoja de grafeno y enrolla en forma cilíndrica
como se puede ver en el dibujo.

Estos son moléculas con estructura tubular
constituidas únicamente de átomos de carbono. Son
sistemas ligeros, huecos y porosos que tienen alta resistencia
mecánica, y por tanto, interesantes para el reforzamiento
estructural de materiales y formación de composites de
bajo peso, alta resistencia a la tracción y enorme
elasticidad. Además posee una alta capacidad de
conducción eléctrica siendo un semiconductor y a
veces casi se comporta como un superconductor. Otra capacidad que
tiene es la alta resistencia a la temperatura.

Con todas estas propiedades, los nanotubos de carbono se
han vuelto un objeto muy interesante de analizar, estudiar y
desarrollar para los científicos de la nueva era, ya que
cumplen con la habilidad para trabajar a escala molecular
permitiendo crear grandes estructuras con nueva
organización molecular, son materiales base, utilizados
para la síntesis de nanoestructuras vía
autoensamblado, tienen propiedades y simetría
únicas que determinan sus potenciales aplicaciones en
diferentes campos que van desde la electrónica,
formación de composites, almacenamiento de energía
y biomedicina. Además de poseer muchas ventajas
competitivas entre otros materiales y tecnologías que
existen actualmente. Incluso tecnologías recientes como
las pantallas de LCD y plasma, donde la fabricación de
pantallas con nanotubos de carbono permite tener imágenes
mas definidas y con un menor costo.

Sobre las características de lo nanotubos hay que
la distancia entre los átomos de carbono es de 1,425
Å. Los nanotubos suelen tener diámetros
típicos entre 0,4 y 2,5 nm. Por debajo de los 0,4 nm la
tensión causada por la curvatura es muy fuerte y puede
romper los enlaces y por encima de los 2,5 nm es
energéticamente mejor no formar un tubo sino una cinta
doble.

Ahora existen variadas formas y tipos de nanotubos, todo
esto depende según el método en que se formen, los
nanotubos van a tener una distinta distribución. Esto
puede producir que el nanotubos tengan una sola pared o
más paredes, o que la forma de la malla sea distinta
formando tubos de carbono con distintas propiedades.

Los nanotubos de paredes múltiples Se tratan de
nanotubos de diferentes diámetros, uno dentro del otro
como lo demuestra el primer dibujo de arriba. Por tener mas capas
la parte interior está más protegida de sustancias
químicas. En las capas mas exteriores las propiedades de
las capas se aproximan más y más al grafito, estos
por su mayor tamaño fueron descubiertos antes que los
nanotubos de una sola pared, incluso en 1952.

Debido a la manera de enrrollar la malla de grafeno se
pueden obtener distintas formas de nanotubos, como la zig
–zag, armchair, chiral, como los que se muestran en la
segunda imagen de arriba. La importancia de de estas formas puede
llegar a ser muy relevante, en los nanotubos zig-zag se puede
decir que son semiconductores, ahora dependiendo de su
diámetro y temperatura, incluso teóricamente se
puede decir que los nanotubos armchair por sus
características pueden ser tratados como un elemento
metálico.

A continuación una reseña sobre la
historia de los nanotubos de carbono para dar a conocer la
importancia que este tuvo al transcurrir los años en la
nanotecnología y el impacto que este causó debido
su estructura y propiedades que se han usado para una amplia
diversidad de nuevas aplicaciones.

Primero se debe mencionar que están los CNT
(nanotubos de carbono), y los CNF (nanofibras de carbono) en la
cual su separación se debe a su origen más que su
propia estructura.

Los nanotubos de carbono fueron descubiertos y
desarrollados por grupo de investigación que trabajaban
sintetizando Fullerenos (moléculas de carbono) vaporizando
grafito; en cambio, las nanofibras de carbono fueron
desarrollados a fin de producir unas fibras de carbono
alternativas y más económicas que las obtenidas por
hilado.

Como primer antecedente histórico, en 1889 Hugues
Chambers patentó en EE-UU. Un procedimiento para la
fabricación de filamentos de carbono utilizando como gases
precursores hidrógeno y metano en un crisol de
hierro.

En el año 1952 ya se habían descubierto
nanotubos en Rusia por los científicos Radushkevich y
Lukyanovich, donde hicieron publicaciones en ruso que pasaron
desapercibidas para los científicos de la
época.

Al año siguiente, Davis, Slawson y Rugby con el
desarrollo del microscópico electrónico describen
la producción de unos filamentos entre 100 y 200 nm de
forma helicoidal, a partir de la desproporción de
monóxido de carbono catalizado por hierro a 450ºC,
permaneciendo este en la punta de los filamentos; a la ves se
producían también carbono amorfo y carburos de
hierro.