Los nanotubos de carbono son legendarios en su fuerza, al menos 30 veces más fuertes que el Kevlar que detiene las balas, según algunas estimaciones. Cuando se mezcla con polímeros ligeros como plásticos y resinas epoxi, los diminutos tubos refuerzan el material, como la barra de refuerzo en un bloque de hormigón, prometedores materiales ligeros y resistentes para aviones, naves espaciales, coches e incluso material deportivo.

Si bien estos nanocompuestos de polímero de nanotubos de carbono han atraído un enorme interés por parte de la comunidad de investigación de materiales, un grupo de científicos ahora tiene evidencia de que un nanotubo diferente, hecho de nitruro de boro, podría ofrecer aún más resistencia por unidad de peso. Publican sus resultados en la revista Letras de física aplicada .

Nitruro de boro, como el carbono, puede formar láminas de un solo átomo de espesor que se enrollan en cilindros para crear nanotubos. Por sí mismos, los nanotubos de nitruro de boro son casi tan fuertes como los nanotubos de carbono, pero su verdadera ventaja en un material compuesto proviene de la forma en que se adhieren fuertemente al polímero.

"El eslabón más débil de estos nanocompuestos es la interfaz entre el polímero y los nanotubos, "dijo Changhong Ke, profesor asociado en el departamento de ingeniería mecánica de la Universidad Estatal de Nueva York en Binghamton. Si rompe un compuesto, los nanotubos que quedan sobresalientes tienen superficies limpias, en lugar de tener trozos de polímero todavía pegados a ellos. La rotura limpia indica que la conexión entre los tubos y el polímero falla, Ke anotó.

Arrancando nanotubos

Ke y sus colegas idearon una forma novedosa de probar la fuerza del enlace nanotubo-polímero. Colocaron nanotubos de nitruro de boro entre dos capas delgadas de polímero, con algunos de los nanotubos que quedan sobresaliendo. Seleccionaron solo los tubos que sobresalían directamente del polímero, y luego soldó el nanotubo a la punta de una pequeña viga en voladizo. El equipo aplicó una fuerza sobre la viga y tiró cada vez más fuerte del nanotubo hasta que se desprendió del polímero.

Los investigadores encontraron que la fuerza requerida para arrancar un nanotubo al principio aumentaba con la longitud del nanotubo. pero luego se estancó. El comportamiento es una señal de que la conexión entre el nanotubo y el polímero está fallando a través de una grieta que se forma y luego se extiende. Dijo Ke.

Los investigadores probaron dos formas de polímero:epoxi y poli (metacrilato de metilo), o PMMA, que es el mismo material utilizado para el plexiglás. Descubrieron que la interfaz de nanotubos de nitruro de boro epoxi era más fuerte que la interfaz de nanotubos de PMMA. También encontraron que las fuerzas de unión de nanotubos de nitruro de boro-polímero eran más altas que las informadas para los nanotubos de carbono:un 35 por ciento más alta para la interfaz de PMMA y aproximadamente un 20 por ciento más alta para la interfaz de epoxi.

Las ventajas de los nanotubos de nitruro de boro

Es probable que los nanotubos de nitruro de boro se unan más fuertemente a los polímeros debido a la forma en que los electrones están dispuestos en las moléculas. Ke explicó. En nanotubos de carbono, todos los átomos de carbono tienen cargas iguales en su núcleo, por lo que los átomos comparten electrones por igual. En nitruro de boro, el átomo de nitrógeno tiene más protones que el átomo de boro, por lo que acapara más electrones en el enlace. La distribución de carga desigual conduce a una atracción más fuerte entre el nitruro de boro y las moléculas de polímero, como lo verificaron las simulaciones de dinámica molecular realizadas por los colegas de Ke en el grupo del Dr. Xianqiao Wang en la Universidad de Georgia.

Los nanotubos de nitruro de boro también tienen ventajas adicionales sobre los nanotubos de carbono, Dijo Ke. Son más estables a altas temperaturas y pueden absorber mejor la radiación de neutrones, ambas propiedades ventajosas en el entorno extremo del espacio exterior. Además, Los nanotubos de nitruro de boro son piezoeléctricos, lo que significa que pueden generar una carga eléctrica cuando se estiran. Esta propiedad significa que el material ofrece recolección de energía, así como capacidades de detección y actuación.

El principal inconveniente de los nanotubos de nitruro de boro es el costo. Actualmente se venden por alrededor de $ 1, 000 por gramo, en comparación con los $ 10-20 por gramo de los nanotubos de carbono, Dijo Ke. Es optimista de que el precio bajará, aunque, señalando que los nanotubos de carbono eran igualmente caros cuando se desarrollaron por primera vez.

"Creo que los nanotubos de nitruro de boro son el futuro de la fabricación de compuestos poliméricos para la industria aeroespacial, " él dijo.