(PhysOrg.com) - Los científicos de la Universidad de Rice revelaron hoy un método para el procesamiento a escala industrial de fibras de nanotubos de carbono puro que podría conducir a avances revolucionarios en la ciencia de los materiales. distribución de energía y nanoelectrónica. El resultado de un programa de nueve años, el método se basa en procesos probados y verdaderos que las empresas químicas han utilizado durante décadas para producir plásticos. La investigación está disponible en línea en la revista. Nanotecnología de la naturaleza .

"Los plásticos son una industria estadounidense de $ 300 mil millones debido al enorme rendimiento que es posible con el procesamiento de fluidos, "dijo Matteo Pasquali de Rice, coautor de un artículo y profesor de ingeniería química y biomolecular y de química. "La razón por la que las tiendas de comestibles usan bolsas de plástico en lugar de papel y la razón por la que las camisas de poliéster son más baratas que el algodón es que los polímeros pueden fundirse o disolverse y procesarse como fluidos por la carga del tren y el vagón. El procesamiento de nanotubos como fluidos abre todo el fluido. tecnología de procesamiento que se ha desarrollado para polímeros ".

El informe fue coautor de un equipo de 18 científicos del Instituto Richard E. Smalley de Ciencia y Tecnología a Nanoescala de Rice. la Universidad de Pensilvania y el Instituto de Tecnología Technion-Israel. Los coautores incluyen al homónimo del Instituto Smalley Rick Smalley, el fallecido químico premio Nobel que desarrolló el primer método de alto rendimiento para producir nanotubos de carbono de alta calidad, así como Virginia Davis, un ex estudiante de doctorado de Pasquali y Smalley que ahora es profesor en la Universidad de Auburn, y Micah Green, un ex investigador postdoctoral de Pasquali que ahora es profesor en la Universidad Tecnológica de Texas.

El nuevo proceso se basa en el descubrimiento de Rice en 2003 de una forma de disolver grandes cantidades de nanotubos puros en solventes ácidos fuertes como el ácido sulfúrico. Posteriormente, el equipo de investigación descubrió que los nanotubos de estas soluciones se alineaban entre sí, como espaguetis en un paquete, para formar cristales líquidos que podrían hilarse en fibras de monofilamento del tamaño de un cabello humano.

"Esa investigación estableció un proceso de importancia industrial para los nanotubos que era análogo a los métodos utilizados para crear Kevlar a partir de polímeros en forma de varilla, excepto que el ácido no es un verdadero solvente, "dijo Wade Adams, director del Instituto Smalley y coautor del nuevo artículo. "La investigación actual muestra que tenemos un verdadero solvente para los nanotubos, el ácido clorosulfónico, que es lo que nos propusimos encontrar cuando comenzamos este proyecto hace nueve años".

Tras el avance de 2003 con disolventes ácidos, El equipo estudió metódicamente cómo se comportaban los nanotubos en diferentes tipos y concentraciones de ácidos. Comparando y contrastando el comportamiento de los nanotubos en ácidos con la literatura sobre polímeros y coloides en forma de varilla, El equipo desarrolló las herramientas teóricas y prácticas que las empresas químicas necesitarán para procesar nanotubos a granel.

"Ishi Talmon y sus colegas en Technion hicieron el trabajo crítico requerido para ayudar a obtener una prueba directa de que los nanotubos se disolvían espontáneamente en ácido clorosulfónico, "Dijo Pasquali." Para hacer esto, tuvieron que desarrollar nuevas técnicas experimentales para la obtención de imágenes directas de soluciones ácidas vitrificadas congeladas rápidamente ".

Talmon dijo:"Este fue un estudio muy difícil. El equipo de Matteo no solo tuvo que ser pionero en nuevas técnicas experimentales para lograrlo, también tuvieron que hacer extensiones significativas a las teorías clásicas que se usaban para describir soluciones de varillas. El equipo de Technion tuvo que desarrollar una nueva metodología que nos permitiera producir imágenes de alta resolución de los nanotubos dispersos en ácido clorosulfónico. un fluido muy corrosivo, mediante microscopía electrónica de última generación a temperaturas criogénicas ".

Coautor Nicholas Parra-Vasquez, un estudiante graduado de Rice asesorado por Pasquali que ahora trabaja en Francia, dijo, "Al mirar el proyecto cuando comencé, No tenía idea de dónde iba a terminar y cuánto trabajo se necesitaba hacer. El proyecto abarcó a muchos estudiantes y profesores, así como colaboraciones con otras escuelas. Debido a esto, fue un proceso lento pero que no dejó ninguna vía sin controlar. Mirándolo ahora No puedo creer lo grande que llegó a ser, cuánto esfuerzo se puso en cada punto encontrado ".

Pocos avances tecnológicos se han promocionado tanto como los nanotubos de carbono. Desde su descubrimiento en 1991, Los nanotubos han sido promocionados como todo, desde una cura para el cáncer hasta una solución para la crisis energética mundial. La exageración es aún más notable dado que es notoriamente difícil trabajar con nanotubos y que los químicos de todo el mundo lucharon durante años incluso para fabricarlos.

Entonces, ¿por qué tanto bombo? En pocas palabras, Los nanotubos de carbono son notables. Si bien tienen aproximadamente el mismo tamaño y forma que algunas moléculas de polímero en forma de varilla, Los nanotubos pueden conducir tanto la electricidad como el cobre. y pueden ser metales o semiconductores. Pueden etiquetarse con anticuerpos para diagnosticar enfermedades o calentarse con ondas de radio para destruir el cáncer. Se han utilizado para hacer transistores mucho más pequeños que los de los mejores microchips de la actualidad. Los nanotubos también pesan alrededor de una sexta parte del acero, pero pueden ser hasta 100 veces más resistentes.

"Kevlar, la fibra polimérica utilizada en los chalecos antibalas, es aproximadamente de cinco a 10 veces más fuerte que nuestras fibras de nanotubos más fuertes en la actualidad, pero, en principio, deberíamos poder hacer nuestras fibras unas 100 veces más fuertes, ", Dijo Pasquali." Si podemos realizar incluso el 20 por ciento de nuestro potencial, tendremos un gran material, quizás el más fuerte jamás conocido.

"La conductividad eléctrica ya es bastante buena, ", dijo." Es más o menos lo mismo que las fibras de carbono-carbono de mejor conducción, y eso podría mejorarse 200 veces si se pudieran encontrar mejores métodos de producción de nanotubos metálicos ".

La nueva investigación aparece justo cuando el Instituto Smalley se prepara para la celebración del décimo aniversario el 5 de noviembre de la creación del reactor "HiPco" de Smalley. el primer sistema capaz de producir nanotubos de alta calidad a granel. HiPco, abreviatura de proceso de monóxido de carbono a alta presión, rompió el atasco en la producción de nanotubos y abrió el camino para más estudios científicos y para que la industria comenzara a usarlos en algunos materiales. Los reactores industriales de nanotubos generan hoy en día varias toneladas de nanotubos de carbono de baja calidad al año. y se espera que el mercado mundial de nanotubos supere los $ 2 mil millones anuales en la próxima década.

Pero queda un último avance antes de que se pueda realizar el verdadero potencial de los nanotubos de carbono de alta calidad. Esto se debe a que HiPco y todos los demás métodos de producción de alta gama, Los nanotubos de "pared simple" generan una mezcolanza de nanotubos con diferentes diámetros, longitudes y estructuras moleculares. Los científicos de todo el mundo están luchando por encontrar un proceso que genere solo un tipo de nanotubo a granel, como las variedades metálicas mejor conductoras, por ejemplo.

"Una cosa buena del proceso que tenemos ahora es que si alguien pudiera darnos un gramo de nanotubos metálicos puros, podríamos darles un gramo de fibra en unos días, "Dijo Pasquali.

Fuente:Rice University (noticias:web)