Nanotubos:cilindros microscópicos con forma de pajitas para beber, pero solo una milésima parte del diámetro de un cabello humano, han sido objeto de una intensa investigación, con usos potenciales que van desde células solares hasta sensores químicos y materiales compuestos reforzados. La mayor parte de la investigación se ha centrado en nanotubos de carbono, pero las propiedades de otros nanotubos parecen ser similares.

Así que fue bastante inesperado cuando Lydéric Bocquet, profesor invitado en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT, realizó pruebas en nanotubos de carbono (CNT) y nanotubos de nitruro de boro (BNNT) y descubrió que, al menos en términos de una propiedad clave, fricción, los dos tipos de tubos aparentemente idénticos no solo eran diferentes, pero casi opuestas en sus características:los CNT son tan resbaladizos que se describen como que tienen una forma extrema de ausencia de fricción, llamado superlubricidad. BNNT, por otra parte, muestran un nivel muy alto de fricción, un descubrimiento totalmente inesperado.

Las pruebas se realizaron en un aparato que permite suspender un nanotubo entre dos soportes, que luego puede separarlo con una fuerza calibrada con precisión. Los tubos, en realidad un conjunto de tubos anidados, muy parecido a un telescopio anticuado, que eventualmente se romperá bajo la tensión. Uno o más de los tubos se pueden extraer de los demás, como extender el telescopio. Entonces se puede medir la fuerza necesaria para sacar un tubo del otro.

"Fue una gran sorpresa:encontramos una gran diferencia en la fricción, ", Dice Bocquet. Los hallazgos se describen en un artículo de la revista Materiales de la naturaleza , en coautoría con Bocquet y cuatro de sus colegas en la Université de Lyon en Francia. El trabajo fue parte de una colaboración continua, denominada Ciencia de materiales multiescala para la energía y el medio ambiente, entre el MIT y el Centre National de la Recherche Scientifique en Francia.

Elementos similares, diferentes efectos

Los componentes del nitruro de boro (boro y nitrógeno) flanquean al carbono en la tabla periódica, por lo que sus propiedades tienden a ser bastante similares, Bocquet señala. Si bien los BNNT se han investigado antes, el material es "menos conocido que los nanotubos de carbono, ", dice. Cuando estudias los dos uno al lado del otro, él añade, son básicamente lo mismo, excepto por sus propiedades eléctricas:los CNT son conductores o semiconductores, mientras que los BNNT son aislantes. Por eso fue un shock encontrar "una gran diferencia, aunque estructuralmente son esencialmente iguales. Hay una diferencia oculta que todavía no comprendemos del todo ".

No está claro qué aplicaciones prácticas podría tener el hallazgo, Bocquet dice:pero sugiere que los tubos de alta fricción podrían funcionar como una especie de material amortiguador. "Una gran membrana de ese material podría disipar mucha energía, ", dice. Irónicamente, el material se ha producido durante mucho tiempo como lubricante industrial:aparentemente, sus propiedades lubricantes a granel son muy diferentes de la fricción entre capas observada en los experimentos de laboratorio.

Pero Bocquet ve este descubrimiento principalmente como una mejor comprensión de las propiedades fundamentales de los materiales. El trabajo de su equipo para manipular los BNNT "da muchos nuevos indicios de las propiedades de los materiales a nanoescala, " él dice.

Preguntas desafiantes

Las diferencias entre cómo se comportan los materiales a granel y a nanoescala "son típicas del tipo de preguntas que son un desafío ahora, "Bocquet dice, pero, en última instancia, podría permitir el desarrollo de sistemas y dispositivos nanoelectromecánicos. "Se podría pensar en diseñar una especie de nanojeringa, " por ejemplo, él dice. "En algún sentido, el límite es solo la imaginación ".

Erio Tosatti, profesor de física en la Escuela Internacional de Estudios Avanzados de Trieste, Italia, que no estaba relacionado con esta investigación, dice que esta investigación "muestra que la estructura y la geometría no es todo lo que importa para la disipación deslizante; la ionicidad y las diferencias de estructura electrónica también lo hacen". Añade que este informe "probablemente seguirá siendo un punto de referencia con el que deberán probarse nuestras futuras teorías de nanofricción".

Además de Bocquet, El trabajo fue realizado por Alessandro Siria, quien concibió el aparato utilizado en el experimento, Antoine Nigues, Pascal Vincent, y Philippe Poncharal, toda la Université de Lyon. Fue apoyado por el Consejo Europeo de Investigación.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.