Los científicos del Laboratorio de Nanomateriales Inorgánicos NUST MISIS y colegas internacionales han demostrado que es posible cambiar las propiedades estructurales y conductoras de los nanotubos estirándolos. Este hallazgo tiene aplicaciones en electrónica y sensores de alta precisión como microprocesadores y detectores. El artículo de investigación ha sido publicado en Ultramicroscopía .

Los nanotubos de carbono se pueden representar como una hoja de grafeno enrollada de una manera especial. Hay diferentes formas de doblarlo, lo que da como resultado que los bordes de grafeno se interconecten en diferentes ángulos, formando cualquier sillón, nanotubos en zigzag o quirales (Fig. 1).

Se considera que los nanotubos son materiales prometedores para su uso en electrónica y sensores porque tienen una alta conductividad eléctrica, que funcionaría bien en cosas como microprocesadores y detectores de alta precisión. Sin embargo, es difícil controlar su conductividad durante la producción. Los nanotubos con propiedades metálicas y semiconductoras pueden crecer en una sola matriz, mientras que la electrónica basada en microprocesadores requiere nanotubos semiconductores que tengan las mismas características.

Científicos del Laboratorio de Nanomateriales Inorgánicos NUST MISIS, junto con un equipo de investigación de Japón, China y Australia, dirigido por el profesor Dmitri Golberg, han propuesto un método que permite modificar la estructura de nanotubos prefabricados y, por tanto, cambia sus propiedades conductoras.

"La base del nanotubo, una capa doblada de grafeno, es una cuadrícula de hexágonos regulares, cuyos vértices son átomos de carbono. Si uno de los enlaces de carbono del nanotubo gira 90 grados, un pentágono y un heptágono se forman en esta [unión] en lugar de un hexágono, y en este caso se obtiene el denominado defecto Stone-Wales. Tal defecto puede ocurrir en la estructura bajo ciertas condiciones.

"A finales de los noventa, Se predijo que la migración de este defecto a lo largo de las paredes de un nanotubo muy calentado con la aplicación de tensión mecánica podría provocar un cambio en su estructura:un cambio secuencial en la quiralidad del nanotubo, lo que conduce a un cambio en sus propiedades electrónicas. No se ha obtenido previamente evidencia experimental para esta hipótesis, pero nuestro trabajo de investigación ha presentado pruebas convincentes de ello, "dijo el profesor asociado Pavel Sorokin, Responsable del proyecto de infraestructura de Ciencia Teórica de Materiales de Nanoestructuras en el Laboratorio de Nanomateriales Inorgánicos NUST MISIS.

Los científicos del Laboratorio de Nanomateriales Inorgánicos NUST MISIS han realizado simulaciones del experimento a nivel atómico. En primer lugar, los nanotubos se alargaron para formar el primer defecto estructural que consta de dos pentágonos y dos heptágonos (un defecto de Stone-Wales, Figura 2a), donde el alargamiento prolongado del tubo comenzó a "extenderse" hacia los lados, reorganizando otros enlaces de carbono (Fig. 2b). Fue en esta etapa cuando cambió la estructura de los nanotubos. Con más estiramientos, más y más defectos de Stone-Wales comenzaron a formarse, eventualmente conduciendo a un cambio en la conductividad de los nanotubos (Fig. 2).

"Fuimos responsables del modelado teórico del proceso en una supercomputadora en el Laboratorio de Modelado y Desarrollo de Nuevos Materiales NUST MISIS para la parte experimental del trabajo. Estamos contentos de que los resultados de la simulación [apoyen] los datos experimentales, "añadió Dmitry Kvashnin, coautor del trabajo de investigación, Candidato de Ciencias Físicas y Matemáticas e investigador del Laboratorio de Nanomateriales Inorgánicos NUST MISIS.

La tecnología propuesta es capaz de ayudar en la transformación de la estructura de nanotubos "metálicos" para su posterior aplicación en la electrónica de semiconductores y sensores como microprocesadores y detectores ultrasensibles.