La simulación teórica de un equipo de investigación internacional de la síntesis de nanotubos de carbono de pared simple ha revelado detalles importantes de los mecanismos en juego. Esto podría conducir a mejores formas de controlar la producción de nanotubos de carbono.

La síntesis de nanotubos de carbono (CNT), con miras a su producción a escala industrial, está atrayendo un gran interés científico. Sus propiedades químicas únicas prometen una amplia variedad de usos innovadores en acústica, biomédico electrónico, ambiental, tecnologías ópticas y estructurales.

Dirigido por el profesor Stephan Irle del Instituto de Bio-Moléculas Transformadoras de la Universidad de Nagoya, un equipo de investigadores en Japón, Estados Unidos y China realizaron simulaciones por computadora que muestran mecanismos moleculares similares en funcionamiento en el crecimiento de nanotubos de carbono y la combustión de hidrocarburos para formar hollín. Este descubrimiento desafía una visión previamente aceptada de que se necesitan carburos metálicos para crear nanotubos, a través de un proceso llamado deposición química de vapor.

Los propios modelos del equipo sugieren que los procesos químicos alternativos, como la extracción de hidrógeno / adición de acetileno, un mecanismo que a menudo se observa en los procesos de combustión, también podrían usarse para cultivar nanotubos de carbono. "Este hallazgo es muy intrigante en el sentido de que durante mucho tiempo se consideró que estos procesos procedían de mecanismos completamente diferentes, "dice el profesor Irle.

En 2014, el equipo informó sobre las primeras simulaciones de crecimiento de síntesis de nanotubos de carbono de pared simple, utilizando acetileno como materia prima. Su modelo de simulación utilizó acetileno debido a las temperaturas relativamente bajas necesarias para catalizar la deposición de vapor químico, y porque incluso pequeñas cantidades aceleran significativamente las reacciones. Según los investigadores, su modelo sugiere que el papel potencial del acetileno necesita más estudio, al igual que el modelo actualmente aceptado para la producción de nanotubos de carbono.

Desde que publicaron sus resultados, Los investigadores han comenzado a modelar la síntesis de grafeno, una capa de carbono puro de un átomo de espesor, utilizando níquel y cobre con un catalizador de metano. Esperan lanzar públicamente el nuevo modelo de simulación, basado en una versión directa de una simulación cinética de Monte Carlo donde los canales de reacción se predicen automáticamente sobre la marcha a medida que avanza el proceso de crecimiento, en 2015.

Los nanotubos de carbono son nanocilindros que consisten en láminas de carbono de un átomo de espesor (o grafeno). Actualmente se utilizan como aditivos para fortalecer diversos materiales estructurales, y también se puede utilizar para el almacenamiento de energía, así como en la próxima generación de dispositivos nanoelectrónicos y biomédicos. Los CNT a menudo se sintetizan mediante deposición química de vapor, en el que el vapor de hidrocarburo se deposita sobre catalizadores metálicos bajo un flujo de gas no reactivo a altas temperaturas. Sin embargo, El control de calidad es un desafío ya que este método generalmente da como resultado la producción de CNT con diámetros variables y diferentes estructuras de paredes laterales.