(Phys.org) - Se ha desarrollado una esponja de nanotubos de carbono que puede absorber aceite en agua con una eficiencia incomparable con la ayuda de simulaciones computacionales realizadas en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía (DOE).

Nanotubos de carbon, que consisten en láminas de carbono de un átomo de espesor enrolladas en cilindros, han captado la atención científica en las últimas décadas debido a su alta solidez, potencial de alta conductividad y peso ligero. Pero la producción de nanotubos a granel para aplicaciones especializadas a menudo se veía limitada por las dificultades para controlar el proceso de crecimiento, así como para dispersar y clasificar los nanotubos producidos.

Bobby Sumpter de ORNL fue parte de un equipo de investigación multiinstitucional que se propuso cultivar grandes grupos de nanotubos mediante la sustitución selectiva de átomos de boro en la red de carbono que de otro modo sería puro. Sumpter y Vincent Meunier, ahora del Instituto Politécnico Rensselaer, realizó simulaciones en supercomputadoras, incluyendo a Jaguar en el Centro de Computación de Liderazgo de ORNL, para comprender cómo afectaría la adición de boro a la estructura de los nanotubos de carbono.

"Cada vez que pones un átomo diferente dentro de la red hexagonal de carbono, que es una red similar a una malla de gallinero, interrumpe esa red porque esos átomos no necesariamente quieren ser parte de la estructura de alambre de gallinero, "Dijo Sumpter." El boro tiene un número diferente de electrones de valencia, lo que da como resultado cambios de curvatura que desencadenan un tipo diferente de crecimiento ".

Las simulaciones y los experimentos de laboratorio mostraron que la adición de átomos de boro fomentaba la formación de las llamadas uniones en "codo" que ayudan a los nanotubos a crecer en una red 3-D. Los resultados del equipo se publican en Nature Informes científicos .

"En lugar de un bosque de tubos rectos, creas un interconectado, material tejido similar a una esponja, "Dijo Sumpter." Debido a que está interconectado, se vuelve tridimensionalmente fuerte, en lugar de solo unidimensionalmente fuerte a lo largo del eje del tubo ".

Otros experimentos mostraron el material del equipo, que es visible para el ojo humano, es extremadamente eficiente para absorber aceite en agua de mar contaminada porque atrae el aceite y repele el agua.

"Le encanta el carbono porque es principalmente carbono, "Sumpter dijo." Dependiendo de la densidad del contenido de aceite a agua y la densidad de la red de esponjas, absorberá hasta 100 veces su peso en aceite ".

La flexibilidad mecánica del material, propiedades magnéticas, y la fuerza le dan un atractivo adicional como una tecnología potencial para ayudar en la limpieza de derrames de petróleo, Sumpter dice.

"Puede reutilizar el material una y otra vez porque es muy robusto, ", dijo." Quemarlo no disminuye sustancialmente su capacidad para absorber petróleo, y apretarlo como una esponja tampoco lo daña ".

Las propiedades magnéticas del material, causado por el uso del equipo de un catalizador de hierro durante el proceso de crecimiento de nanotubos, significa que se puede controlar o quitar fácilmente con un imán en un escenario de limpieza de aceite. Esta capacidad es una mejora con respecto a las sustancias existentes utilizadas en la eliminación de aceite, que a menudo se quedan atrás después de la limpieza y pueden degradar el medio ambiente.

El equipo experimental ha presentado una solicitud de patente sobre la tecnología a través de la Universidad de Rice. La investigación se publica como "Sólidos de nanotubos de carbono tridimensionales unidos covalentemente a través de nanouniones inducidas por boro, "y está disponible en línea.