A pesar de su pequeño tamaño y estructura simple, Los nanotubos de carbono, esencialmente láminas de grafeno enrolladas en pajitas, tienen todo tipo de propiedades potencialmente útiles. Todavía, mientras su promesa se hace grande, cómo realizar plenamente esa promesa ha demostrado ser un misterio.

En un esfuerzo por eliminar algo de ese misterio, investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), el Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Maryland han desarrollado técnicas de procesamiento y recopilación de imágenes de vanguardia para mapear la estructura a nanoescala de los nanotubos de carbono dentro de un material compuesto en 3-D. Exactamente cómo se distribuyen y organizan los nanotubos dentro del material juega un papel importante en sus propiedades generales. Los nuevos datos ayudarán a los investigadores que estudian materiales compuestos a construir y probar modelos informáticos realistas de materiales con una amplia gama de materiales térmicos, eléctrico, y características mecánicas.

Su investigación apareció en ACS Nano .

Los compuestos de fibra de carbono suelen ser apreciados por su alta resistencia y bajo peso, y compuestos (o nanocompuestos) de nanotubos de carbono (CNT), que tienen más y más pequeños filamentos de carbono, prometen una alta resistencia, así como otras propiedades, como la capacidad de conducir calor y electricidad.

Sin embargo, según Alex Liddle de NIST, un autor en el estudio, mientras que los investigadores anteriormente podían medir de manera confiable las propiedades a granel de un nanocompuesto, no sabían exactamente por qué varias formulaciones del compuesto tenían propiedades diferentes.

"Averiguar por qué estos materiales tienen las propiedades que tienen requiere un análisis detallado comprensión cuantitativa de su compleja estructura tridimensional, ", dice Liddle." Necesitamos conocer no solo la concentración de nanotubos, sino también su forma y posición, y relacionar eso con las propiedades del material ".

Ver la disposición de los nanotubos de carbono en un material compuesto es difícil, aunque, porque están rodeados por una resina epoxi que también está formada principalmente por átomos de carbono. Incluso con sondas sofisticadas, el contraste es demasiado bajo para que los procesadores de imágenes de software puedan distinguirlas fácilmente.

En tales situaciones de investigación, recurre a estudiantes graduados y postdoctorados como Bharath Natarajan del NIST, porque los humanos generalmente hacen grandes procesadores de imágenes. Pero marcar miles de nanotubos de carbono en una imagen es muy aburrido, así que Natarajan diseñó un algoritmo de procesamiento de imágenes que puede distinguir los CNT de una resina epoxi tan bien como él. Valió la pena.

Según Liddle, un CNT expresa todo su potencial en resistencia y conductividad térmica y eléctrica cuando está estirado y recto, pero …

"Cuando los CNT se suspenden en una resina epoxi, se extienden, agrupar y girar en diferentes formas, "Dice Liddle." Nuestro análisis reveló que los beneficios de los CNT aumentan de manera no lineal a medida que aumenta su concentración. A medida que aumenta la concentración, las CNT entran en contacto, aumentando el número de intersecciones, que aumenta su conductividad eléctrica y térmica, y el contacto físico hace que se amolden entre sí, que los endereza, aumentando la resistencia del material ".

El hecho de que el aumento de la concentración de CNT mejore las propiedades no es particularmente sorprendente, pero ahora los investigadores saben cómo afecta esto a las propiedades de los materiales y por qué los modelos anteriores de rendimiento de los materiales nanocompuestos nunca coincidieron del todo con su rendimiento en la práctica.

"Realmente solo hemos visto la punta del iceberg con respecto a esta clase de material, ", dice Liddle." Hay todo tipo de formas en que otros investigadores pueden cortar y cortar los datos para modelar y eventualmente fabricar materiales óptimos para la gestión térmica, refuerzo mecánico, almacen de energia, transporte de drogas y otros usos ".