Investigadores de nanomateriales en Finlandia, Estados Unidos y China han creado un atlas de colores para 466 variedades únicas de nanotubos de carbono de pared simple.

El atlas de color de nanotubos se detalla en un estudio en Materiales avanzados acerca de un nuevo método para predecir los colores específicos de películas delgadas elaboradas mediante la combinación de cualquiera de las 466 variedades. La investigación fue realizada por investigadores de la Universidad Aalto en Finlandia, Rice University y Peking University en China.

"Carbón, que vemos como negro, puede parecer transparente o tomar cualquier color del arco iris, "dijo el físico de Aalto Esko I. Kauppinen, el autor correspondiente del estudio. "La hoja aparece negra si la luz es completamente absorbida por los nanotubos de carbono en la hoja. Si menos de aproximadamente la mitad de la luz es absorbida en los nanotubos, la hoja parece transparente. Cuando la estructura atómica de los nanotubos provoca solo ciertos colores de luz, o longitudes de onda, ser absorbido, las longitudes de onda que no se absorben se reflejan como colores visibles ".

Los nanotubos de carbono son largos, moléculas de carbono huecas, similar en forma a una manguera de jardín, pero con lados de solo un átomo de espesor y diámetros de alrededor de 50, 000 veces más pequeño que un cabello humano. Las paredes exteriores de los nanotubos están hechas de grafeno enrollado. Y el ángulo de envoltura del grafeno puede variar, muy parecido al ángulo de un rollo de papel de regalo navideño. Si el papel de regalo se enrolla con cuidado, en ángulo cero, los extremos del papel se alinearán con cada lado del tubo de papel de regalo. Si el papel se enrolla descuidadamente, en un angulo, el papel sobresaldrá de un extremo del tubo.

La estructura atómica y el comportamiento electrónico de cada nanotubo de carbono está dictado por su ángulo de envoltura, o quiralidad, y su diámetro. Los dos rasgos están representados en un "(n, m) "sistema de numeración que cataloga 466 variedades de nanotubos, cada uno con una combinación característica de quiralidad y diámetro. Cada (n, m) el tipo de nanotubo tiene un color característico.

El grupo de investigación de Kauppinen ha estudiado los nanotubos de carbono y las películas delgadas de nanotubos durante años, y anteriormente logró dominar la fabricación de películas delgadas de nanotubos de colores que parecían verdes, marrón y gris plateado.

En el nuevo estudio, El equipo de Kauppinen examinó la relación entre el espectro de luz absorbida y el color visual de varios espesores de películas de nanotubos secos y desarrolló un modelo cuantitativo que puede identificar sin ambigüedades el mecanismo de coloración de las películas de nanotubos y predecir los colores específicos de las películas que combinan tubos con diferentes inherentes. colores y (n, m) designaciones.

El ingeniero y físico de Rice Junichiro Kono, cuyo laboratorio resolvió el misterio de los coloridos nanotubos de sillón en 2012, proporcionó películas hechas únicamente de (6, 5) nanotubos que se utilizaron para calibrar y verificar el modelo Aalto. Investigadores de Aalto y la Universidad de Pekín utilizaron el modelo para calcular la absorción de la película de Rice y su color visual. Los experimentos mostraron que el color medido de la película se correspondía bastante con el pronóstico de color del modelo.

El modelo de Aalto muestra que el espesor de una película de nanotubos, así como el color de los nanotubos que contiene, afectar la absorción de luz de la película. El atlas de Aalto de 466 colores de películas de nanotubos proviene de la combinación de diferentes tubos. La investigación mostró que los tubos más delgados y coloridos afectan la luz visible más que aquellos con diámetros más grandes y colores descoloridos.

"El grupo de Esko hizo un excelente trabajo al explicar teóricamente los colores, cuantitativamente, lo que realmente diferencia este trabajo de estudios previos sobre fluorescencia y coloración de nanotubos, "Dijo Kono.

Desde el 2013, El laboratorio de Kono ha sido pionero en un método para hacer películas de nanotubos bidimensionales altamente ordenadas. Kono dijo que esperaba proporcionar al equipo de Kauppinen películas cristalinas bidimensionales altamente ordenadas de nanotubos de una sola quiralidad.

"Esa fue la idea original, pero desafortunadamente, no teníamos películas alineadas con una sola quiralidad adecuadas en ese momento, "Dijo Kono." En el futuro, nuestra colaboración planea extender este trabajo para estudiar colores dependientes de la polarización en películas cristalinas 2-D altamente ordenadas ".

El método experimental que los investigadores de Aalto utilizaron para cultivar nanotubos para sus películas fue el mismo que en sus estudios anteriores:los nanotubos crecen a partir de gas monóxido de carbono y catalizadores de hierro en un reactor que se calienta a más de 850 grados Celsius. El crecimiento de nanotubos con diferentes colores y (n, m) las designaciones se regulan con la ayuda de dióxido de carbono que se agrega al reactor.

"Desde el estudio anterior, hemos reflexionado sobre cómo podríamos explicar la aparición de los colores de los nanotubos, "dijo el profesor de la Universidad de Pekín, Nan Wei, quien anteriormente trabajó como investigador postdoctoral en Aalto. "De los alótropos del carbono, el grafito y el carbón son negros, y los diamantes puros son incoloros para el ojo humano. Sin embargo, ahora notamos que los nanotubos de carbono de pared simple pueden adquirir cualquier color:por ejemplo, rojo, azul, verde o marrón ".

Kauppinen dijo que las películas delgadas coloreadas de nanotubos son flexibles y dúctiles y podrían ser útiles en estructuras electrónicas coloreadas y en células solares.

"El color de una pantalla podría modificarse con la ayuda de un sensor táctil en los teléfonos móviles, otras pantallas táctiles o encima del cristal de una ventana, por ejemplo, " él dijo.

Kauppinen dijo que la investigación también puede proporcionar una base para nuevos tipos de tintes ecológicos.