(Phys.org) - Investigadores de Rice University y Penn State University han descubierto que agregar una pizca de boro al carbono mientras se crean nanotubos los convierte en sólidos, esponjoso, Bloques reutilizables que tienen una asombrosa capacidad para absorber el aceite derramado en el agua.

Esa es una de las posibles innovaciones del material creado en un solo paso. El equipo descubrió por primera vez que el boro dobla y codos en los nanotubos a medida que crecen y promueve la formación de enlaces covalentes. que dan a las esponjas sus cualidades robustas.

Los investigadores, que colaboraron con sus compañeros en laboratorios de todo el país y en España, Bélgica y Japón, reveló su descubrimiento en la revista de acceso abierto en línea de Nature Informes científicos .

Autor principal Daniel Hashim, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Rice del científico de materiales Pulickel Ajayan, dijo que los bloques son superhidrófobos (odian el agua, flotan muy bien) y oleofílicas (les encanta el aceite). Las nanoesponjas, que son más del 99 por ciento de aire, también conducen electricidad y se pueden manipular fácilmente con imanes.

Demostrar, Hashim dejó caer la esponja en un plato de agua con aceite de motor usado flotando encima. La esponja lo empapó. Luego puso una cerilla al material, quemó el aceite y devolvió la esponja al agua para absorber más. La esponja robusta se puede usar repetidamente y resiste el abuso; dijo que una muestra se mantuvo elástica después de aproximadamente 10, 000 compresiones en el laboratorio. La esponja también puede almacenar el aceite para su posterior recuperación, él dijo.

"Estas muestras se pueden hacer bastante grandes y se pueden ampliar fácilmente, "Dijo Hashim, sosteniendo un bloque cuadrado de media pulgada de miles de millones de nanotubos. "Son de muy baja densidad, por lo que el volumen disponible es grande. Es por eso que la absorción de aceite puede ser tan alta ”. Dijo que las esponjas descritas en el documento pueden absorber más de cien veces su peso en aceite.

Ajayan, Los profesores Benjamin M. y Mary Greenwood Anderson de Rice en Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales y de Química, dichos nanotubos de carbono de paredes múltiples que crecen en un sustrato a través de la deposición de vapor químico generalmente se mantienen erguidos sin ninguna conexión real con sus vecinos. Pero los defectos introducidos por el boro indujeron a los nanotubos a unirse a nivel atómico, que los enredó en una red compleja. Las esponjas de nanotubos con potencial de absorción de aceite se han fabricado antes, pero esta es la primera vez que las uniones covalentes entre nanotubos en tales sólidos se han demostrado de manera convincente, él dijo.

"Las interacciones ocurren a medida que crecen, y el material sale del horno como un sólido, ”Ajayan dijo. “La gente ha fabricado nanotubos sólidos mediante el procesamiento posterior al crecimiento, pero sin las conexiones covalentes adecuadas. La ventaja aquí es que el material se crea directamente durante el crecimiento y sale como una red porosa reticulada.

"Es fácil para nosotros hacer nano bloques de construcción, pero llegar a la macroescala ha sido complicado, ”Dijo. “Los nanotubos tienen que conectarse a través de alguna forma inteligente de crear defectos topológicos, o tienen que soldarse entre sí ".

Cuando era un estudiante de pregrado de Ajayan en el Instituto Politécnico Rensselaer, Hashim y sus compañeros descubrieron indicios de una solución topológica al problema mientras participaban en un programa de intercambio de la Fundación Nacional de Ciencias en el Instituto de Investigación Científica y Tecnología (IPICYT) en San Luis Potosí. México. El coautor del artículo, Mauricio Terrones, un profesor de física, ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Penn State con una cita en la Universidad de Shinshu, Japón, dirigió un laboratorio de nanotecnología allí.

“Nuestro objetivo era encontrar una manera de hacer redes tridimensionales de estos nanotubos de carbono que formaran una tela a macroescala, un bloque esponjoso de nanotubos que sería lo suficientemente grande y grueso como para limpiar derrames de petróleo y realizar otras tareas. , ”Dijo Terrones. “Nos dimos cuenta de que el truco era agregar boro, un elemento químico junto al carbono en la tabla periódica, porque el boro ayuda a desencadenar las interconexiones del material. Para agregar el boro, utilizamos temperaturas muy altas y luego "tejimos" la sustancia en la tela de nanotubos ".

Los investigadores tienen grandes esperanzas en las aplicaciones medioambientales del material. "Para derrames de petróleo, tendría que hacer láminas grandes de estos o encontrar una manera de soldar láminas juntas (un proceso en el que Hashim continúa trabajando), ”Ajayan dijo.

“La remediación de derrames de petróleo y la limpieza ambiental son solo el comienzo de cuán útiles podrían ser estos nuevos materiales de nanotubos, ”Añadió Terrones. "Por ejemplo, Podríamos utilizar estos materiales para fabricar baterías más eficientes y ligeras. Podríamos usarlos como andamios para la regeneración del tejido óseo. Incluso podríamos impregnar la esponja de nanotubos con polímeros para fabricar compuestos robustos y ligeros para las industrias automotriz y aeronáutica ”.

Hashim sugirió que sus nanoesponjas también pueden funcionar como membranas para la filtración.

“I don’t think anybody has created anything like this before, ” Ajayan said. “It’s a spectacular nanostructured sponge.”