una red cilíndrica de moléculas conocida como nanotubos de carbono, está atrayendo mucha atención de los investigadores de la industria en estos días.

Los nanotubos de carbono (CNT) se pueden aplicar como aditivos a varios materiales estructurales a través de un proceso llamado adsorción. donde se utilizan para modificar la superficie de materiales industriales con el fin de lograr ciertas propiedades, tales como revestimientos repelentes al agua para parabrisas de automóviles y revestimientos hidrófilos para lentes de contacto. Este potencial ha atraído el interés de investigadores de la industria en muchas áreas, como materiales aeroespaciales / navales, productos nanoeléctricos, dispositivos ópticos, sensores químicos, soportes de catalizador, tratamientos de agua / gas, portadores de fármacos y tejidos artificiales.

Los CNT se componen del mismo elemento que los diamantes pero con una disposición estructural diferente, y poseer extraordinarias térmicas, propiedades mecánicas y eléctricas. Los nanotubos individuales se alinean naturalmente en "cuerdas" cilíndricas unidas por las fuerzas de van der Waals, las fuerzas de atracción que se encuentran entre los átomos, moléculas y superficies y causado por correlaciones en la polaridad fluctuante de otras partículas cercanas.

Sadhan C. Jana, Doctor., profesor de Ingeniería de Polímeros en la Universidad de Akron (UA), ha estado estudiando las interesantes propiedades de estas moléculas simulando estas estructuras microscópicas utilizando los potentes sistemas del Ohio Supercomputer Center (OSC).

"El mayor obstáculo para aprovechar todo el potencial de los CNT es la formación de aglomerados debido a van der Waals y las interacciones electrostáticas entre partículas de CNT individuales, ", explicó Jana." Los investigadores han ideado varias metodologías para debilitar tales interacciones ".

Se siguen dos enfoques principales para aplicar CNT a superficies de materiales:funcionalización covalente y no covalente. En funcionalización covalente, se forman enlaces químicos con los átomos de carbono de la superficie, un proceso que a menudo altera las características grafíticas de los NTC y compromete la conductividad eléctrica y la resistencia mecánica de la molécula. A diferencia de, La funcionalización no covalente utiliza moléculas de enlace de diseño exclusivo, un segmento molecular que ayuda a mejorar la estabilidad de los NTC al crear "lazos" entre los NTC y las cadenas de polímeros o moléculas de disolvente para proporcionar una dureza excepcional. resistencia al impacto y resistencia al agrietamiento.

"Las simulaciones de nanocompuestos poliméricos en solución son tareas intensivas en la CPU, "dijo Jie Feng, becario de investigación postdoctoral que trabaja con Jana en la UA. "En nuestro enfoque, la resolución de la simulación se incrementa para las partes que son de mayor importancia, por ejemplo, los fenómenos en o cerca de las superficies de los nanotubos, mientras que la baja resolución se utiliza para la simulación de las partes del sistema, como el movimiento de las moléculas de disolvente ".

Jana y Feng llevaron a cabo simulaciones de adherir moléculas de unión a superficies de materiales y obtuvieron estimaciones de propiedades mecánicas mejoradas y conductividad térmica. Su investigación se centra en obtener una comprensión fundamental del mecanismo de transferencia física - o "adsorción" - de tales moléculas de enlace de soluciones a superficies de nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT). Las moléculas de enlace pueden incluir polímeros, tensioactivos o biopolímeros. Los CNT tratados con las moléculas de enlace se pueden usar en la fabricación de sensores y dispositivos o se pueden combinar con los polímeros huésped para crear compuestos poliméricos a granel.

Los investigadores de Akron están colaborando con experimentadores en un par de empresas con sede en Ohio, Zyvex Technologies y PolyOne Corporation, para realizar esta investigación. Los investigadores creen que su investigación proporcionará a la industria orientación y explicaciones teóricas para ayudar en el desarrollo de moléculas de enlace y materiales compuestos de valor agregado para la automoción. aplicaciones de la industria naval y aeroespacial.

"Con la rica historia de fabricación de este estado, Los materiales avanzados se adaptan naturalmente al personal y los recursos del Centro de supercomputación de Ohio, "señaló Ashok Krishnamurthy, codirector ejecutivo interino de OSC. "La investigación de nanotubos de carbono del Dr. Jana es extremadamente adecuada para nuestros sistemas y tiene un gran potencial para ayudar a promover la reputación de la industria de Ohio como una que compite en la vanguardia".

Los sistemas OSC son especialmente adecuados para aplicaciones de investigación industrial. El centro creó el programa Blue Collar Computing ™, reconocido internacionalmente, en 2004 para promover el uso de la supercomputación por parte de la industria. Acceso a modelado poderoso, Los recursos de simulación y análisis brindan a las empresas una ventaja competitiva a través de procesos de fabricación mejorados que pueden reducir el tiempo, mano de obra y costes necesarios para llevar los productos al mercado. En el año fiscal 2011, la industria consumió casi 1,5 millones de horas de CPU en el clúster Glenn IBM 1350 Opteron insignia de OSC.