(Phys.org) —Los nanotubos de carbono (CNT) son famosos por su delgadez, con diámetros tan pequeños como 3 angstroms (Å), o 0,3 nm. Generalmente se piensa que los NTC ultrafinos con diámetros menores a 3 Å son inestables porque, a esa escala, los enlaces que mantienen unidos a los átomos se distorsionan y conducen al colapso. Hasta aquí, los más delgados de estos CNT, los más delgados de 4 Å, se han encontrado confinados únicamente dentro de un CNT más grueso. En un nuevo estudio, Los científicos han presentado simulaciones que muestran que un CNT con un diámetro exterior de solo 3,2 Å puede existir teóricamente sin confinamiento y permanecer estable a temperaturas de hasta 1000 K, lo que lo convertiría en uno de los NTC más delgados jamás sintetizados.

Los científicos, Eduardo Menéndez-Proupin de la Universidad Autónoma de Madrid y la Universidad de Chile; Ana L. Montero-Alejo de la Universidad Autónoma de Madrid y la Universidad de La Habana; y José M. García de la Vega de la Universidad Autónoma de Madrid, han publicado su estudio en un número reciente de Cartas de revisión física .

"Hay informes de CNT de 3 angstroms de grosor contenidos dentro de un CNT más grueso, "Menéndez-Proupin dijo Phys.org . "Nuestro CNT puede ser el más delgado capaz de existir de forma independiente".

Como explican los científicos, el CNT ultrafino que examinaron es el resultado de la relajación, o la rotura de enlaces, de un CNT hecho de una hoja de grafeno que se corta y envuelve de cierta manera, según lo definido por su quiralidad. En este caso, el CNT original tiene quiralidad (2, 1), un diámetro de 2 Å, y es inestable.

Al romper ciertos lazos de este CNT en particular, los investigadores demostraron teóricamente que la estructura resultante se vuelve estable en el vacío, formando un grosor de 3,2 Å, CNT no estándar. Debido a los lazos rotos, la nueva CNT consta de anillos que están formados cada uno por 8 y 10 átomos. Como consecuencia, los investigadores llamaron a esta estructura CNT10R, después de los anillos de 10 átomos.

Las simulaciones revelaron que los anillos de 10 átomos junto con los anillos más pequeños forman una doble hélice, similar a la estructura del ADN, con sencillo alterno, doble, y triples enlaces. Usando el software Quantum ESPRESSO, los científicos calcularon las propiedades ópticas y electrónicas del nuevo nanotubo, que difieren significativamente de los de los CNT estándar, nanocintas, y láminas de grafeno. En lugar de, Las propiedades de CNT10R se asemejan a las de las cadenas de carbono lineales, sugiriendo que la estructura puede considerarse como un par de cadenas hermanadas.

"Todos los nanotubos conocidos tienen la forma de una celosía de panal (grafeno) enrollada, y todos los átomos están triplemente coordinados, "Dijo Menéndez-Proupin." Los anillos más pequeños son de 6 miembros. Las estructuras tienen vacantes y otros defectos, pero esta es la minoría de átomos y en general representa un incremento de energía. El CNT10R no tiene anillos de 6 miembros, es periódico y estable. Muestra todo tipo de vínculos. Los espectros IR y Raman son bastante diferentes de los CNT y el grafeno estándar. El triple enlace no es frecuente en estructuras de carbono. La presencia de triples enlaces podría facilitar reacciones químicas específicas que no son posibles en otros NTC ".

Conocer estas propiedades podría ayudar a los investigadores a encontrar o sintetizar experimentalmente la nueva estructura en el futuro. Una posible ruta de síntesis puede implicar el crecimiento de la estructura dentro de un CNT más grande, que puede ser técnicamente más factible que cultivar uno independiente, por ahora.

"La síntesis puede ser posible con la tecnología existente, aunque esto no sería independiente, "Dijo Menéndez-Proupin." Puede haber sido sintetizado por accidente, pero no ha sido identificado. Podría identificarse en muestras existentes si se observa una estructura tubular por microscopía y la misma estructura produce un espectro extraño que se parece a nuestras predicciones ".

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