Un instalador de tuberías sabe cómo hacer un corte exacto en una varilla de metal. Pero es mucho más difícil imaginar obtener un corte preciso en un nanotubo de carbono, con un diámetro de 1/50, 000th del grosor de un cabello humano.

En un artículo publicado este mes en la revista británica Actas de la Royal Society A , Investigadores de la Universidad de Brown y en Corea documentan por primera vez cómo se cortan los nanotubos de carbono de pared simple, un hallazgo que podría llevar a producir más nanotubos de mayor calidad. Es probable que tales mejoras de fabricación hagan que los nanotubos sean más atractivos para su uso en automoción, biomedicina, electrónica, energía, óptica y muchos otros campos.

"Ahora podemos diseñar la velocidad de corte y los diámetros que queremos cortar, "dijo Kyung-Suk Kim, profesor de ingeniería en la Escuela de Ingeniería de Brown y el autor correspondiente del artículo.

Se conocen los conceptos básicos de la fabricación de nanotubos de carbono. Las láminas delgadas de grafeno de un solo átomo se sumergen en una solución (generalmente agua), haciendo que parezcan un plato de espaguetis enredados. El paquete desordenado de nanotubos es luego explotado por ondas sonoras de alta intensidad que crean cavidades (o vacíos parciales) en la solución. Las burbujas que surgen de estas cavidades se expanden y colapsan tan violentamente que el calor en el núcleo de cada burbuja puede alcanzar más de 5, 000 grados Kelvin, cerca de la temperatura en la superficie del sol. Mientras tanto, cada burbuja se comprime a una aceleración 100 mil millones de veces mayor que la gravedad. Considerando la tremenda energía involucrada, No es de extrañar que los tubos tengan longitudes aleatorias. Los técnicos usan tamices para obtener tubos de la longitud deseada. La técnica es inexacta en parte porque nadie estaba seguro de qué causó la fractura de los tubos.

Los científicos de materiales inicialmente pensaron que las temperaturas supercalientes provocaron el desgarro de los nanotubos. Un grupo de investigadores alemanes propuso que fueron los boomlets sónicos causados ​​por el colapso de las burbujas los que separaron los tubos, como una cuerda tirada tan violentamente de cada extremo que eventualmente se rompe.

Kim, Investigador postdoctoral de Brown Huck Beng Chew, e ingenieros del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología decidieron investigar más a fondo. Desarrollaron complejas simulaciones de dinámica molecular utilizando una serie de supercomputadoras para descubrir qué causó la rotura de los nanotubos de carbono. Descubrieron que en lugar de ser separados, como habían pensado los investigadores alemanes, los tubos se comprimían con fuerza desde ambos extremos. Esto provocó un pandeo en una sección de aproximadamente cinco nanómetros a lo largo de los tubos llamada zona de concentración de compresión. En esa zona el tubo se tuerce en pliegues alternos en ángulo de 90 grados, de modo que se parezca bastante a una hélice.

Ese descubrimiento todavía no explica completamente cómo se cortan los tubos. A través de simulaciones más computarizadas, el grupo aprendió que la poderosa fuerza ejercida por los estallidos sónicos de las burbujas provocó que los átomos salieran disparados de la base en forma de celosía del tubo como balas de una ametralladora.

"Es casi como si estuvieran exprimiendo una naranja, y el líquido sale disparado hacia los lados, ", Dijo Kim." Este tipo de fractura por eyección de átomos por compresión nunca se había observado antes en ningún tipo de material ".

El equipo confirmó las simulaciones computarizadas a través de pruebas de laboratorio que incluían sonicación y microscopía electrónica de nanotubos de carbono de pared simple.

El grupo también aprendió que cortar nanotubos de carbono de pared simple usando ondas sonoras en el agua crea múltiples torceduras, o áreas dobladas, a lo largo de los tubos. Las torceduras son "uniones intramoleculares muy atractivas para la construcción de componentes electrónicos a escala molecular, "escribieron los investigadores.