Muestras de películas delgadas de nanotubos de carbono de colores, como se produce en el reactor de fabricación. Crédito:Universidad Aalto
Un método desarrollado en la Universidad Aalto, Finlandia, puede producir grandes cantidades de nanotubos de carbono de pared simple prístinos en tonos selectos del arco iris. El secreto es un proceso de fabricación perfeccionado y una pequeña dosis de dióxido de carbono. Las películas podrían encontrar aplicaciones en tecnologías de pantalla táctil o como agentes de recubrimiento para nuevos tipos de células solares.
Nanotubos de carbono de pared simple, u hojas de capas de grafeno de un átomo de espesor enrolladas en diferentes tamaños y formas, han encontrado muchos usos en la electrónica y en los nuevos dispositivos de pantalla táctil. Por naturaleza, Los nanotubos de carbono suelen ser de color negro o gris oscuro.
En su nuevo estudio publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense ( JACS ), Los investigadores de la Universidad de Aalto presentan una forma de controlar la fabricación de películas delgadas de nanotubos de carbono para que muestren una variedad de colores diferentes, por ejemplo, verde, marrón, o un gris plateado.
Los investigadores creen que esta es la primera vez que se producen nanotubos de carbono coloreados por síntesis directa. Usando su invento, el color se induce directamente en el proceso de fabricación, no empleando una gama de técnicas de purificación en acabado, tubos sintetizados.
Con síntesis directa, Se pueden producir grandes cantidades de materiales de muestra limpios y al mismo tiempo evitar daños al producto en el proceso de purificación, lo que lo convierte en el enfoque más atractivo para las aplicaciones.
"En teoria, Estas películas delgadas de colores podrían usarse para hacer pantallas táctiles con muchos colores diferentes, o células solares que muestran tipos completamente nuevos de propiedades ópticas, "dice Esko Kauppinen, Catedrático de la Universidad Aalto.
Hacer que las estructuras de carbono muestren colores es una hazaña en sí misma. Las técnicas subyacentes necesarias para permitir la coloración también implican un control muy detallado de la estructura de las estructuras de nanotubos. Kauppinen y el método único de su equipo, que utiliza aerosoles de metal y carbono, les permite manipular y controlar cuidadosamente la estructura de nanotubos directamente desde el proceso de fabricación.
El profesor Esko Kauppinen con el reactor de fabricación. Crédito:Universidad Aalto
"Cultivar nanotubos de carbono es, en cierto sentido, como plantar árboles:necesitamos semillas, alimenta, y calor solar. Para nosotros, nanopartículas de hierro en aerosol funcionan como catalizador o semilla, monóxido de carbono como fuente de carbono, así que alimenta, y un reactor da calor a una temperatura de más de 850 grados Celsius, "dice el Dr. Hua Jiang, Científico senior de la Universidad de Aalto.
El grupo del profesor Kauppinen tiene una larga historia en el uso de estos mismos recursos en su método de producción singular. Para agregar a su repertorio, Recientemente han experimentado con la administración de pequeñas dosis de dióxido de carbono en el proceso de fabricación.
"El dióxido de carbono actúa como una especie de material de injerto que podemos utilizar para ajustar el crecimiento de nanotubos de carbono de varios colores, "explica Jiang.
Con una técnica avanzada de difracción de electrones, los investigadores pudieron descubrir la estructura a escala atómica precisa de sus películas delgadas. Descubrieron que tienen distribuciones de quiralidad muy estrechas, lo que significa que la orientación de la celosía en forma de panal de las paredes de los tubos es casi uniforme en toda la muestra. La quiralidad dicta más o menos las propiedades eléctricas que pueden tener los nanotubos de carbono, así como su color.
El método desarrollado en la Universidad Aalto promete una forma simple y altamente escalable de fabricar películas delgadas de nanotubos de carbono con altos rendimientos.
"Por lo general, debe elegir entre la producción en masa o tener un buen control sobre la estructura de los nanotubos de carbono. Con nuestro avance, podemos hacer ambas, "confía en el Dr. Qiang Zhang, un investigador postdoctoral en el grupo.
El trabajo de seguimiento ya está en marcha.
"Queremos comprender la ciencia de cómo la adición de dióxido de carbono sintoniza la estructura de los nanotubos y crea colores. Nuestro objetivo es lograr el control total del proceso de crecimiento para que los nanotubos de carbono de pared simple puedan usarse como componentes básicos para la próxima generación de dispositivos nanoelectrónicos, "dice el profesor Kauppinen.
