A medida que los dispositivos electrónicos continúan reduciéndose para satisfacer la demanda de tecnología portátil y de bolsillo, Los científicos están trabajando para desarrollar los componentes diminutos que los hacen funcionar y un equipo de la Universidad de Nottingham ha desarrollado un nuevo enfoque para la preparación de un cable coaxial alrededor de 50, 000 veces más estrecho que el ancho de un cabello humano.

Este cable minúsculo, que comprende un nanotubo de carbono ubicado dentro de un nanotubo de nitruro de boro, se puede producir a escala preparativa y puede representar un paso importante hacia la miniaturización de dispositivos electrónicos.

El equipo multinacional de expertos del Reino Unido y Hungría, fue dirigido conjuntamente por Andrei Khlobystov, profesor de nanomateriales y director del Centro de investigación a nanoescala y microescala de la Universidad de Nottingham (nmRC), y Graham Rance, un investigador en caracterización de nanomateriales en el nmRC, que poseen experiencia complementaria en la síntesis y caracterización de nanomateriales de carbono. El estudio titulado 'Crecimiento de nanotubos de carbono dentro de nanotubos de nitruro de boro por coalescencia de fullerenos:hacia el cable coaxial más pequeño del mundo' ha sido publicado en Pequeños métodos , una nueva revista centrada en los desarrollos de vanguardia en enfoques experimentales para la producción de materiales a nano y microescala.

Los cables coaxiales, esenciales para el transporte seguro de la corriente eléctrica que alimenta los dispositivos de hoy en día, generalmente se componen de un conductor interno (generalmente cobre) rodeado por una cubierta de plástico aislante. Sin embargo, a medida que aumenta la demanda de los consumidores de dispositivos electrónicos más pequeños, el límite al que se pueden utilizar estos materiales actuales se está alcanzando rápidamente. Cobre, por ejemplo, se sabe que pierde su alta conductividad cuando se reduce a tamaños muy pequeños y, por lo tanto, los nuevos materiales son cada vez más importantes.

Alambres en miniatura

Los nanotubos de carbono son fuertes, ligero y, Más importante, alambres en miniatura de alta conductividad eléctrica, normalmente de 1 a 5 nanómetros de diámetro, pero hasta centímetros de largo, y son ideales para el núcleo de un cable a nanoescala aislado. Nanotubos de nitruro de boro, aunque estructuralmente similar a los nanotubos de carbono, en comparación, son eléctricamente aislantes, perfecto para rodear el núcleo conductor. El desafío era colocar estos dos materiales a nanoescala uno dentro del otro en la geometría coaxial requerida. Esta investigación ha demostrado que al colocar pequeños, en forma de futbol, moléculas ricas en carbono (C60-fullerenos) dentro de nanotubos de nitruro de boro y calentando los materiales resultantes a temperaturas muy altas (por encima de 1000 oC), los fullerenos se transforman espontáneamente en nanotubos de carbono, conduciendo a la formación de un nanotubo de carbono conductor de electricidad dentro de un nanotubo de nitruro de boro eléctricamente aislante, el cable coaxial más pequeño del mundo.

El profesor Khlobystov dijo:"Actualmente, la mayoría de las tecnologías modernas dependen en gran medida del uso de metales, algunos de los cuales son cada vez más raros y costosos. Por lo tanto, es necesario trabajar para reemplazar los metales por elementos más abundantes y sostenibles, como el carbono y otros elementos ligeros. Nuestro estudio demuestra el principio de cómo se pueden fabricar cables a nanoescala con núcleos conductores y cubiertas aislantes a partir de ingredientes simples. El próximo desafío es probar sus propiedades eléctricas y mecánicas para determinar el alcance de estos materiales para aplicaciones tecnológicas ".

Aplicaciones de amplio alcance

El Dr. Rance dijo:"Nuestro enfoque para la preparación de un cable coaxial miniaturizado explora aún más la capacidad de los túbulos a nanoescala huecos para controlar la formación de nanoestructuras nuevas e interesantes dentro de la cavidad interna, algunos que no se pueden preparar de otra manera. En un nivel fundamental, esta investigación nos está ayudando a comprender el comportamiento de las moléculas cuando se encuentran confinadas a espacios muy pequeños; sin embargo, en un nivel más práctico, anticipamos que esta estrategia conducirá a la producción de materiales novedosos, con aplicaciones potencialmente amplias, de la electrónica a nanoescala, a materiales catalíticos y en dispositivos de detección ".

La investigación fue realizada por expertos en química sintética y analítica, ciencia de materiales y microscopía electrónica y construye el concepto de nano tubos de ensayo de carbono desarrollado por el profesor Khlobystov (los tubos de ensayo más pequeños del mundo, Libro Guinness de los récords mundiales 2005), donde el nanotubo actúa simultáneamente como contenedor de moléculas y recipiente de reacción para transformaciones químicas. Su trabajo pionero en nano-contenedores y nano-reactores de carbono continúa conduciendo a nuevas formas de dirigir el ensamblaje molecular y estudiar las reacciones químicas.

Profesora Katalin Kamaras, El profesor investigador y experto en espectroscopia vibracional colaboró ​​en la investigación, con su equipo trabajando en el Centro de Investigación Wigner de Física de la Academia de Ciencias de Hungría en Budapest. El profesor Kamaras dijo:"Mi grupo de investigación ha estado trabajando en la espectroscopia de nanoestructuras de carbono durante mucho tiempo. La espectroscopia proporciona conocimiento sobre la dinámica interna de las moléculas encapsuladas y puede seguir sus transformaciones en función de sus propiedades físicas. A través de nuestra colaboración con el Prof. Khlobystov fue posible "ver" las estructuras sobre las que solo teníamos información indirecta. Esta investigación conjunta tiene el potencial de abrir nuevas posibilidades tanto en la ciencia de los materiales fundamental como en la aplicada ".

La investigación del Reino Unido se llevó a cabo en el Centro de Investigación a nanoescala y microescala (nmRC) de última generación. La visión del centro es convertirse en una instalación líder mundial para la caracterización y análisis de materiales moleculares a nano y microescala. Con un conjunto único de 20 instrumentos principales, el centro cuenta con expertos con médicos, antecedentes científicos y de ingeniería. Actualmente están trabajando en una amplia gama de investigaciones, desde células cancerosas e implantes médicos impresos en 3D hasta semiconductores y células solares.