Los ingenieros de la Universidad de Cincinnati están aprovechando una asociación con la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson para crear ropa que pueda cargar su teléfono celular.

Moverse, Hombre de Acero.

Lo que hace esto posible son las propiedades únicas de los nanotubos de carbono:una gran superficie que es fuerte, conductivo y resistente al calor.

La Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UC tiene un acuerdo de cinco años con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea para realizar investigaciones que puedan mejorar las aplicaciones de tecnología militar.

El profesor de la UC Vesselin Shanov codirige los Laboratorios Nanoworld de la UC con el socio de investigación y profesor de la UC Mark Schulz. Juntos, aprovechan su experiencia en electricidad, ingeniería química y mecánica para fabricar materiales "inteligentes" que puedan alimentar la electrónica.

"El mayor desafío es traducir estas hermosas propiedades para aprovechar su fortaleza, conductividad y resistencia al calor, "Dijo Shanov.

Schulz dijo que la fabricación está en la cúspide de un renacimiento del carbono. Los nanotubos de carbono reemplazarán al alambre de cobre en automóviles y aviones para reducir el peso y mejorar la eficiencia del combustible. El carbono filtrará nuestra agua y nos dirá más sobre nuestras vidas y cuerpos a través de nuevos sensores biométricos.

El carbono reemplazará al poliéster y otras fibras sintéticas. Y dado que los nanotubos de carbono son los objetos más negros que se encuentran en la Tierra, absorbiendo el 99,9 por ciento de toda la luz visible, se podría decir que el carbono es el nuevo negro.

"En el pasado, los metales dominaban los bienes de manufactura, ", Dijo Schulz." Pero creo que el carbono reemplazará a los metales en muchas aplicaciones.

"Va a haber una nueva era del carbono:una revolución del carbono, ", Dijo Schulz.

El Laboratorio Nanoworld de la UC dirige el trabajo colectivo de 30 estudiantes de grado y posgrado.

Uno de ellos, Investigador asociado de la UC Sathya Narayan Kanakaraj, fue coautor de un estudio que examina formas de mejorar la resistencia a la tracción de la fibra de nanotubos de carbono hilada en seco. Sus resultados fueron publicados en junio en la revista Éxito en la investigación de materiales .

El estudiante de posgrado Mark Haase, pasó el año pasado explorando aplicaciones para nanotubos de carbono en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de Wright-Patterson. A través de la asociación, Los estudiantes de la UC utilizan el sofisticado equipo del Air Force Lab, incluida la tomografía computarizada de rayos X, analizar muestras. Haase también ha estado usando el equipo de la Fuerza Aérea para ayudar a sus compañeros de clase con sus proyectos.

"Esto nos empuja a trabajar en grupo y a especializarnos. Estas son las mismas dinámicas que vemos en la industria y la investigación corporativa, "Haase dijo." La ingeniería es una actividad de grupo en estos días, así que podemos aprovechar eso ".

Los investigadores de la UC "cultivan" nanotubos en obleas de silicio del tamaño de un cuarto bajo calor en una cámara de vacío a través de un proceso llamado deposición química de vapor.

"Cada partícula tiene un punto de nucleación. Coloquialmente, podemos llamarlo semilla, "Dijo Haase.

"Nuestro gas que contiene carbono se introduce en el reactor. Cuando el gas de carbono interactúa con nuestra 'semilla, 'se rompe y se vuelve a formar en la superficie. Lo dejamos crecer hasta que alcance el tamaño que queramos, " él dijo.

Los investigadores pueden utilizar casi cualquier carbono, del alcohol al metano.

"Recuerdo que un grupo lució usando cookies Girl Scout. Si contiene carbono, puedes convertirlo en un nanotubo, "Dijo Haase.

El Nanoworld Lab de la UC estableció un récord mundial en 2007 al cultivar un nanotubo que se extendía casi 2 centímetros, la matriz de nanotubos de carbono más larga producida en un laboratorio en ese momento. Los laboratorios de hoy pueden crear nanotubos que son muchas veces más largos.

Los investigadores de la UC extienden el pequeño cuadrado fibroso sobre un carrete industrial en el laboratorio. Repentinamente, esta pequeña hoja de carbono se convierte en un hilo que se asemeja a la seda de araña que se puede tejer en textiles.

"Es exactamente como un textil, ", Dijo Shanov." Podemos ensamblarlos como un hilo de máquina y usarlos en aplicaciones que van desde sensores para rastrear metales pesados ​​en agua o dispositivos de almacenamiento de energía, incluidos supercondensadores y baterías ".

Para los militares Esto podría significar reemplazar las baterías pesadas que cargan el creciente número de dispositivos electrónicos que componen la carga de un soldado:luces, equipo de visión nocturna y comunicaciones.

"Hasta un tercio del peso que transportan es solo baterías para alimentar todo su equipo, "Haase dijo." Así que incluso si podemos afeitarnos un poco, es una gran ventaja para ellos en el campo ".

Los investigadores médicos están investigando cómo los nanotubos de carbono pueden ayudar a administrar dosis específicas de medicamentos.

"En el exterior, puede agregar una molécula de proteína. Cells leerá eso y dirá:Quiero comer eso. Para que podamos administrar medicamentos para apoyar las células sanas, para restaurar las células enfermas o incluso para matar las células cancerosas, "Dijo Haase.

Pero los primeros investigadores quieren asegurarse de que los nanotubos de carbono no sean tóxicos.

"Por eso se han estado moviendo lentamente, "Haase dijo." La investigación ha encontrado que en exposición alta o aguda, Los nanotubos de carbono pueden causar daños pulmonares similares al amianto. Lo último que queremos hacer es curar un cáncer solo para descubrir que le da uno diferente ".

Los resultados preliminares han sido prometedores.

No busque la moda de nanotubos de carbono en las pasarelas parisinas en el corto plazo. Los costos son demasiado prohibitivos.

"Trabajamos con clientes que se preocupan más por el rendimiento que por el costo. Pero una vez que perfeccionamos la síntesis, la escala aumenta considerablemente y los costos deberían disminuir en consecuencia, ", Dijo Haase." Entonces veremos que los nanotubos de carbono se extienden a muchos, muchas más aplicaciones ".

Por ahora, El laboratorio de UC puede producir alrededor de 50 yardas de hilo de nanotubos de carbono a la vez para su investigación.

"La mayoría de las máquinas textiles a gran escala necesitan kilómetros de hilo, "Haase dijo." Llegaremos allí ".

Hasta entonces, La producción en masa sigue siendo uno de los mayores problemas sin resolver de la tecnología de nanotubos de carbono. dijo Benji Maruyama, quien lidera la Dirección de Materiales y Manufactura en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea. "Todavía queda mucho trabajo por hacer para ampliar el proceso. Sacar una fibra de nanotubos de carbono de un disco de silicio es bueno para la investigación a escala de laboratorio, pero no para hacer un ala de avión o un traje de vuelo". "Dijo Maruyama.

"Lo único que nos detiene es descifrar el código para fabricar nanotubos de carbono a escala, " él dijo.

Maruyama está tratando de resolver ese problema con una serie de experimentos que está realizando utilizando un robot de investigación autónomo llamado ARES. El robot diseña y realiza experimentos con nanotubos de carbono, analiza los resultados y luego utiliza esos datos y la inteligencia artificial para redefinir los parámetros para el próximo experimento. De este modo, puede realizar 100 veces más experimentos al mismo tiempo que los investigadores humanos, él dijo.

"La gran ventaja de los nanotubos de carbono es que no hay escasez de materiales. Solo requiere un catalizador metálico (usamos hierro y níquel) y carbono. No es escaso, ", Dijo Maruyama." Entonces, cuando hablamos de producir millones de toneladas por año de nanotubos de carbono, no estamos haciendo millones de toneladas de algo raro ".

El objetivo final es convertir la investigación académica de la UC en soluciones a problemas reales, Dijo Shanov.

"Tenemos el lujo en la academia de explorar diferentes aplicaciones, ", Dijo Shanov." No todos pueden ver el mercado. Pero incluso si llega el 10 por ciento, sería un gran éxito ".