Los nanotubos de carbono son extremadamente ligeros, eléctricamente altamente conductivo, y más estable que el acero. Debido a sus propiedades únicas, son ideales para numerosas aplicaciones, incluidas las baterías ultraligeras, plásticos de alto rendimiento e implantes médicos. Sin embargo, hasta la fecha, Ha sido difícil para la ciencia y la industria transferir las características extraordinarias a nanoescala a aplicaciones industriales funcionales. Los nanotubos de carbono tampoco pueden combinarse adecuadamente con otros materiales, o pierden sus propiedades beneficiosas una vez combinadas. Los científicos del grupo de trabajo de Nanomateriales Funcionales de la Universidad de Kiel (CAU) y la Universidad de Trento han desarrollado un método alternativo, con el que los diminutos tubos se pueden combinar con otros materiales para que conserven sus propiedades características. Los resultados de la investigación se han publicado ahora en Comunicaciones de la naturaleza .

"Aunque los nanotubos de carbono son flexibles como hebras de fibra, también son muy sensibles a los cambios, "explicó el profesor Rainer Adelung, jefe del grupo de trabajo de Nanomateriales Funcionales de la CAU. "Con intentos previos de conectarlos químicamente con otros materiales, su estructura molecular también cambió. Esta, sin embargo, hizo que sus propiedades se deterioraran, la mayoría de las veces drásticamente ".

A diferencia de, El enfoque del equipo de investigación de Kiel y Trento se basa en un simple proceso de infiltración química húmeda. Los CNT se mezclan con agua y se vierten en un material cerámico extremadamente poroso hecho de óxido de zinc, que absorbe el líquido como una esponja. Los CNT en forma de hilo goteados se adhieren al andamio de cerámica, y forman automáticamente una capa estable juntos. El andamio cerámico está recubierto con nanotubos. Esto tiene efectos fascinantes, tanto para el andamio como para el revestimiento de nanotubos.

Por un lado, la estabilidad del andamio de cerámica aumenta de manera tan masiva que puede soportar 100, 000 veces su propio peso. "Con el revestimiento CNT, el material cerámico puede contener alrededor de 7,5 kg, y sin él, solo 50 g, como si le hubiéramos puesto un jersey ajustado hecho de nanotubos de carbono, que brindan soporte mecánico, ", dijo el primer autor Fabian Schütt." La presión sobre el material es absorbida por la resistencia a la tracción del fieltro CNT. Las fuerzas de compresión se transforman en fuerzas de tracción ".

El principio es comparable con los edificios de bambú que están muy extendidos en Asia. Los tallos de bambú están atados con tanta fuerza con una cuerda simple que el material liviano puede formar un andamio extremadamente estable. e incluso edificios enteros. "Hacemos lo mismo a nanoescala con los hilos CNT, que se envuelven alrededor del material cerámico, solo mucho, mucho más pequeña, "dijo Helge Krüger, coautor de la publicación.

Los científicos de materiales pudieron demostrar otra gran ventaja de su proceso. En un segundo paso, disolvieron el andamio cerámico mediante un proceso de grabado químico. Todo lo que queda es una fina red tridimensional de tubos, cada uno de los cuales consta de una capa de diminutos tubos de CNT. De este modo, los investigadores pudieron aumentar en gran medida la superficie, y así crear más oportunidades para reacciones. "Básicamente, empaquetamos la superficie de todo un campo de voleibol de playa en un cubo de un centímetro, ", explicó Schütt. Los enormes espacios huecos dentro de la estructura tridimensional se pueden rellenar con un polímero. Como tal, Los CNT se pueden conectar mecánicamente con plásticos, sin modificar su estructura molecular y por tanto sus propiedades. "Podemos organizar específicamente los CNT y fabricar un material compuesto eléctricamente conductor. Para hacerlo, solo se requiere una fracción de la cantidad habitual de CNT, para lograr la misma conductividad, "dijo Schütt.

Las aplicaciones incluyen tecnología de baterías y filtros como material de relleno para plásticos conductores, implantes para medicina regenerativa, y sensores y componentes electrónicos a nanoescala. La alta conductividad eléctrica del material resistente al desgarro también podría ser interesante para aplicaciones de electrónica flexible, en ropa funcional o en el campo de la tecnología médica, por ejemplo. "Creando un plástico que, por ejemplo, estimula el crecimiento de las células óseas o cardíacas, es concebible, "dijo Adelung. Debido a su simplicidad, los científicos coinciden en que el proceso también podría transferirse a estructuras de red hechas de otros nanomateriales, lo que ampliará aún más la gama de posibles aplicaciones.