Piense en ello como cocinar con espaguetis de carbono:un investigador de la Universidad Estatal de Kansas está desarrollando nuevas formas de crear y trabajar con nanotubos de carbono:tubos ultrapequeños que parecen espaguetis o cuerdas.
Estos nanotubos de carbono, hechos de grafeno, una hoja de carbono de un átomo de espesor:tienen los ingredientes perfectos para mejorar los detectores láser y las baterías recargables, según una investigación de Gurpreet Singh, profesor asistente de ingeniería mecánica y nuclear. Singh está trabajando en varios proyectos con nanotubos de carbono y material cerámico derivado de polímeros.
Un proyecto implica nuevas formas de cocinar o crear un material cerámico de nanotubos de carbono. La forma convencional de fabricar este tipo de material es tomar un polímero líquido, verterlo en un molde y calentarlo en un horno hasta que el polímero forme una cerámica.
El equipo de Singh intentó un nuevo enfoque. Se encuentran entre los primeros en crear su propio polímero líquido modificado con cuatro ingredientes:silicio, boro, carbono y nitrógeno. Pero en lugar de calentar este polímero líquido en un horno, lo calentaron en un microondas convencional, del tipo que se usa en las cocinas. Descubrieron que el microondas calienta los nanotubos tan bien como un horno.
"Lo que hicimos fue reducir el tiempo de construcción de cerámica, "Dijo Singh." Si usa un horno o calentador, hay que calentarlo un rato. Con el microondas se calienta rápidamente en unos pocos minutos ".
Su trabajo, en coautoría con su colega universitario William Kuhn, profesor de ingeniería eléctrica e informática - apareció recientemente en la revista Materiales e interfaces aplicados , publicado por la American Chemical Society. Otra publicación que involucra el procesamiento convencional aparecerá en el Revista de la Sociedad Americana de Cerámica .
Una vez que se crea este material de nanotubos de carbono cerámico, tiene múltiples aplicaciones. El equipo de Singh está involucrado en un proyecto con el Equipo de Radiometría Láser en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, o NIST, en Boulder, Colo., que trabaja para desarrollar métodos de medición para láseres industriales de alta potencia para la fabricación.
El equipo de Singh está ayudando al instituto a mejorar la forma en que se mide la potencia del láser. En la actualidad, Las mediciones con láser involucran un detector de cobre en forma de cono cubierto con pintura de carbón. El láser brilla a través del cono es absorbido por la pintura negra, calienta el cono de cobre y luego calienta una cascada en la parte trasera del detector. Midiendo el aumento de temperatura del agua, los científicos pueden determinar la energía del láser.
El equipo de Singh ha mejorado este proceso al hacer el detector en forma de cono con el material compuesto de nanotubos de carbono cerámicos. Debido a que la cerámica puede soportar altas temperaturas, protege los nanotubos, que absorben la luz láser para calentar el cono.
"Estamos comprobando la estabilidad del material, ", Dijo Singh." Lo estamos caracterizando y luego enviando las muestras al NIST para su prueba ".
Otro proyecto del equipo de Singh utiliza el material cerámico de nanotubos de carbono para mejorar el rendimiento de las baterías recargables. El material aborda cuatro formas en las que se pueden mejorar las baterías recargables:tener una mayor capacidad de almacenamiento, tener una mayor duración de la batería, recargando rápidamente y proporcionando mucha energía en poco tiempo.
Estos materiales cerámicos pueden almacenar litio de forma reversible, lo que significa que el litio puede entrar y salir de él. Las baterías recargables actuales utilizan grafito para almacenar litio. Pero a medida que el grafito se desgasta, una batería se vuelve menos eficiente y permanecerá cargada por un período de tiempo más corto.
La capacidad de recargar rápidamente y proporcionar mucha energía en un corto período de tiempo es especialmente clave para los autos eléctricos. Muchos diseños de coches eléctricos actuales tardan varias horas en recargarse y mucho tiempo en acelerar. Los científicos que quieran crear una batería que se pueda recargar en unos minutos y proporcionar energía rápidamente ahora pueden tener una solución.
El equipo de Singh ya ha tenido un éxito temprano con su trabajo:una investigación preliminar muestra que cuando el material cerámico se usa en baterías, duplica o triplica la capacidad de la batería para alta corriente. El material también es termodinámicamente estable, para que pueda sobrevivir a ciclos más largos.
"Sería muy bueno tener un material que tenga alta capacidad, se puede cargar rápidamente y también es estable, "Dijo Singh." Con este material cerámico, debe ser lo suficientemente fuerte para que con el tiempo no se degrade. Ese es el objetivo final ".
Su trabajo con la batería aparecerá a finales de este año en la revista. Nanomateriales y Energía , publicado por la Institución de Ingenieros Civiles. Actualmente, los investigadores están cargando y recargando las baterías durante varios ciclos para comprender cuánto tiempo pueden durar las baterías fabricadas con los materiales.
Un proyecto final del equipo de Singh implica el uso de "nanodedos, "que son agujas afiladas de tungsteno que pueden sondear y recoger nanotubos de carbono. Los investigadores utilizan estos nanodedos bajo un microscopio electrónico para realizar estudios con nanotubos de carbono individuales y nanocables cerámicos.
La investigación de Singh ha sido financiada con $ 57, 000 del programa EPSCoR con la National Science Foundation. Su equipo de investigación está formado por dos estudiantes graduados:Romil Bhandavat y Lamuel David, ambos estudiantes de doctorado en ingeniería mecánica, India, - y un estudiante de pregrado, Uriel Barrera, estudiante de segundo año en ingeniería mecánica, Olathe.
