Los nanotubos de carbono (CNT) son estructuras tubulares microscópicas que los ingenieros "hacen crecer" a través de un proceso realizado en un horno de alta temperatura. Las fuerzas que crean las estructuras CNT conocidas como "bosques" a menudo son impredecibles y, en su mayoría, se dejan al azar. Ahora, Un investigador de la Universidad de Missouri ha desarrollado una forma de predecir cómo se forman estas complicadas estructuras. Al comprender cómo se crean las matrices CNT, Los diseñadores e ingenieros pueden incorporar mejor el material altamente adaptable en dispositivos y productos como bates de béisbol, cableado aeroespacial, armadura corporal de combate, componentes lógicos informáticos y microsensores utilizados en aplicaciones biomédicas.

Los CNT son mucho más pequeños que el ancho de un cabello humano y naturalmente forman "bosques" cuando se crean en grandes cantidades (ver foto). Estos bosques unidos por una fuerza adhesiva a nanoescala conocida como la fuerza de van der Waals, se clasifican en función de su rigidez o de cómo se alinean. Por ejemplo, si los CNT son densos y están bien alineados, el material tiende a ser más rígido y puede ser útil para aplicaciones eléctricas y mecánicas. Si los CNT están desorganizados, tienden a ser más suaves y tienen conjuntos de propiedades completamente diferentes.

"Los científicos todavía están aprendiendo cómo se forman las matrices de nanotubos de carbono, "dijo Matt Maschmann, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Facultad de Ingeniería de MU. "A medida que crecen en poblaciones relativamente densas, las fuerzas mecánicas los combinan en conjuntos orientados verticalmente conocidos como bosques o matrices. Las complejas estructuras que forman ayudan a determinar las propiedades que poseen los bosques de CNT. Estamos trabajando para identificar los mecanismos detrás de cómo se forman esos bosques, cómo controlar su formación y así dictar los usos futuros de los NTC ".

En la actualidad, la mayoría de los modelos que examinan los bosques de CNT analizan lo que sucede cuando los comprime o prueba sus propiedades térmicas o de conductividad después de que se hayan formado. Sin embargo, Estos modelos no tienen en cuenta el proceso mediante el cual se creó ese bosque en particular y luchan por capturar una estructura forestal CNT realista.

Los experimentos realizados en el laboratorio de Maschmann ayudarán a los científicos a comprender el proceso y, en última instancia, ayudarán a controlarlo. permitiendo a los ingenieros crear bosques de nanotubos con la mecánica deseada, Propiedades térmicas y eléctricas. Utiliza modelos para mapear cómo crecen los nanotubos en tipos particulares de bosques antes de intentar probar sus propiedades resultantes.

"La ventaja de este enfoque es que podemos mapear cómo diferentes parámetros de síntesis, como la temperatura y el tamaño de las partículas del catalizador, influir en cómo se forman los nanotubos mientras se prueban simultáneamente los bosques de CNT resultantes para ver cómo se comportarán en una simulación completa, ", Dijo Maschmann." Estoy muy animado de que el modelo predice con éxito cómo se forman y sus comportamientos mecánicos. Saber cómo se organizan y se comportan los nanotubos ayudará a los ingenieros a integrar mejor los CNT en la práctica, aplicaciones cotidianas ".

"Simulación integrada del crecimiento de los bosques de nanotubos de carbono activo y la compresión mecánica, "Se publicará en la próxima edición de la revista, Carbón .