Los investigadores han desarrollado una idea que podría facilitar la producción de nanotubos de carbono microscópicos, estructuras miles de veces más delgadas que un cabello humano que se utilizan en todo, desde microchips hasta artículos deportivos y productos farmacéuticos. La investigación realizada por científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) podría garantizar que la fabricación forme nanotubos de la manera más eficiente posible.

Los hallazgos se encuentran entre las investigaciones recientes de científicos que trabajan en el Laboratorio PPPL para Nanosíntesis de Plasma, que es pionera en la investigación sobre plasma de baja temperatura para mejorar la producción de nanotubos y otras nanopartículas. La instalación de seis años ha desarrollado un flujo constante de conocimientos que podrían impulsar esa producción.

Los nanotubos se miden en mil millonésimas de metro y su flexibilidad y resistencia son notables. En principio, su resistencia a la tracción, o resistencia a romperse cuando se estira, es 100 veces mayor que el de una longitud de alambre de acero del mismo tamaño. Los científicos están tratando de aumentar su comprensión de una técnica ampliamente utilizada que involucra la electricidad para crear plasma, que luego se usa para crear nanotubos.

Los ingenieros utilizan corrientes eléctricas conocidas como arcos para vaporizar átomos de carbono u otro material de un componente positivo conocido como ánodo. Una vez en forma de gas, los átomos liberados pueden unirse en nanotubos y otras estructuras que se pueden utilizar en lugar del silicio en los chips de las computadoras para aumentar el rendimiento y la eficiencia energética. Una mejor comprensión podría hacer que el proceso de producción sea más confiable y aumentar la calidad de los nanotubos.

Los físicos de PPPL han elaborado un modelo que muestra que la formación de nanopartículas depende de varios factores. El modelo muestra que a medida que la corriente eléctrica pasa de resistencia baja a alta, la evaporación, o ablación, La velocidad de los átomos de carbono también pasa de menor a mayor. Este hallazgo es importante porque los investigadores quieren controlar la ablación a un ritmo moderado en lugar de rápido al realizar experimentos y crear nanopartículas para la industria.

El factor clave en la tasa de ablación es su dependencia del gas helio de fondo, que llena el espacio dentro de una cámara metálica hueca que alberga los electrodos. "Este es el factor crucial que los modelos anteriores ignoraron, "dijo el ex físico de PPPL Alexander Khrabry, autor principal de un artículo que informa los hallazgos en Revista de física aplicada . "El gas atrapa los átomos de carbono a medida que se extirpan y los mantiene cerca de la superficie del electrodo. Luego, los átomos vuelven a caer sobre el electrodo. Bajo ciertas condiciones, el flujo entre el gas y los electrodos es lo suficientemente alto como para conducir a la rápida transición de una tasa de ablación baja a una alta, que no es lo que queremos ".

En investigaciones relacionadas, Los científicos han desarrollado una explicación novedosa para la formación de puntos calientes en uno de los componentes eléctricos que elimina el carbono para ayudar a crear los nanotubos. Los científicos habían pensado anteriormente que las manchas, que se forman en el componente cargado positivamente e interfieren con la producción de nanotubos, son el resultado de inestabilidades en la corriente que fluye hacia el componente cargado negativamente como un rayo que fluye de las nubes al suelo.

La nueva investigación indica que las manchas se forman debido a la forma en que el calor se propaga dentro del ánodo, lo que significa que las propiedades del ánodo ayudan a determinar cómo y cuándo se forman los puntos calientes. Los puntos calientes pueden reducir la cantidad de átomos de carbono que se evaporan de la superficie del ánodo y, por lo tanto, reducir la cantidad de nanotubos que se crean. Una mayor comprensión de la formación de manchas podría conducir a conocimientos sobre cómo reducirlas o eliminarlas.

El proceso funciona de esta manera:el calor del plasma fluye dentro del ánodo y se disipa en su superficie, creando un punto de alta temperatura. Por tanto, las propiedades de los ánodos que determinan el flujo de calor son importantes para la formación de manchas y la fabricación de nanotubos. El papel del ánodo se había pasado por alto en el pasado.

Una mejor comprensión de estos procesos fundamentales sienta las bases para futuros avances.