Nanotubos: una nanopartícula basada en carbono
Un descubrimiento significativo nanotecnología que salió a la luz en 1991 fue de nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono son estructuras cilíndricas que tienen diámetros tan pequeños como de 1 nm y longitudes de hasta varios centímetros. Los nanotubos de carbono tienen la mayor relación resistencia-peso de cualquier material conocido. A pesar de que los nanotubos de carbono son fuertes, no son frágiles. Pueden ser doblados, y cuando se libera, se retorna a su forma original.
Un tipo de nanotubo de carbono tiene una forma cilíndrica con extremos abiertos.
Video: Una nueva fuente emisora de luz basada en nanotubos
Otro tipo de nanotubos tiene extremos cerrados, formados por algunos de los átomos de carbono se combinan en pentágonos en el extremo del nanotubo.
Video: Vibración de un nanotubo de carbón
Los nanotubos de carbono pueden ocurrir como varios cilindros concéntricos de átomos de carbono, llamados de paredes múltiples nanotubos de carbono (MWCTs). Lógicamente, los nanotubos de carbono que tienen un solo cilindro se denominan nanotubos de carbono de pared simple (SWCTs). Tanto MWCT y SWCT se utilizan para reforzar materiales compuestos.
Propiedades eléctricas de los nanotubos
Las propiedades eléctricas de los nanotubos de carbono dependen de cómo los hexágonos están orientados a lo largo del eje del tubo. Tres orientaciones posibles: sillón, zig-zag, y quiral.
Video: ¿Qué es un material nanocompuesto?
nanotubos de carbono Sillón tienen propiedades eléctricas similares a los metales. Cuando se aplica un voltaje entre los dos extremos de un nanotubo de sillón, una corriente fluirá. Un nanotubo de carbono sillón es mejor conductor que el cobre o cualquier otro metal.
Los investigadores están desarrollando métodos para girar los nanotubos de carbono juntos para hacer cables eléctricos de baja resistencia que podrían transformar la red de energía eléctrica, reducir la potencia consumida, y reducir el peso de cableado en usos sensibles al peso como naves espaciales y aviones. Los investigadores están considerando el uso de nanotubos de carbono de sillón para reemplazar las líneas de metal en los circuitos integrados.
Los nanotubos de carbono en zigzag y quirales comparten propiedades eléctricas similares a los semiconductores. Estas dos configuraciones de nanotubos sólo conducir una corriente eléctrica cuando la energía extra en forma de luz o un campo eléctrico se aplica a los electrones libres de los átomos de carbono. nanotubos semiconductores podrían ser útiles en la construcción de transistores cada vez más pequeños utilizados en circuitos integrados para todo tipo de dispositivos electrónicos.
Otra propiedad interesante de los nanotubos de carbono es que su resistencia eléctrica cambia significativamente cuando otras moléculas se unen a sus átomos de carbono. Las empresas están utilizando esta propiedad a desarrollar sensores que pueden detectar vapores químicos tales como monóxido de carbono o moléculas biológicas.
Los nanotubos unidos con otros materiales forman materiales compuestos extra fuertes
Los átomos de carbono en nanotubos son grandes en la formación de enlaces covalentes con muchos otros tipos de átomos por varias razones:
Los átomos de carbono tienen una capacidad natural para formar enlaces covalentes con muchos otros elementos debido a una propiedad llamada electronegatividad. La electronegatividad es una medida de la fuerza con un átomo sostiene sobre electrones en órbita sobre él. Debido a que el carbono tiene una calificación electronegatividad en el medio de la gama, que puede formar enlaces covalentes estables con un gran número de elementos.
Todos los átomos de carbono en nanotubos están en la superficie del nanotubo y por lo tanto accesible a otros átomos.
Los átomos de carbono en nanotubos están unido a sólo tres otros átomos, por lo que tienen la capacidad de unirse a un cuarto átomo.
Estos factores hacen que sea relativamente fácil de unir covalentemente una variedad de átomos o moléculas a los nanotubos, que cambia las propiedades químicas del nanotubo. (Este método se llama funcionalización.)
Tomando esta cosa unión aún más, si las moléculas unidas a los nanotubos de carbono también se unen a las fibras de carbono, los nanotubos de carbono funcionalizados pueden unir a las fibras en un material compuesto, produciendo un material más fuerte.