Los nanotubos de carbono son de gran interés tanto en la investigación científica como en aplicaciones comerciales gracias a las propiedades únicas del material. Una nueva tesis de la Universidad de Karlstad analiza cómo la estructura atómica influye en las diferentes propiedades del material.

"En este momento, hay muy pocos estándares de medición y ningún sistema de clasificación adecuado para los nanotubos de carbono", dice Mattias Flygare, doctor en física recién graduado que acaba de publicar su tesis. He estudiado el efecto de la cristalinidad en diferentes propiedades, como la rigidez a la flexión y la conductividad eléctrica de los tubos.

Se sabe que si los tubos tuvieran una estructura atómica perfecta, estas propiedades serían sobresalientes; sin embargo, este rara vez es el caso en la realidad. En cambio, los investigadores observan que las paredes de los tubos consisten en un mosaico de varios "granos" grandes con una estructura atómica bien ordenada. El tamaño de estos granos de cristalita, junto con otros defectos, confiere al material diferentes propiedades.

Los nanotubos de carbono son tubos huecos muy delgados y livianos que consisten en átomos de carbono, con paredes de solo un átomo de espesor. La pared del tubo es como una hoja de grafito enrollada en un cilindro, con patrones hexagonales formando la hoja. Debido a sus propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas únicas, los nanotubos de carbono ofrecen un gran potencial para la investigación científica y las aplicaciones industriales y comerciales, por ejemplo, en la industria de materiales compuestos, pero el área de uso es más amplia que eso.

Granos de patrones perfectos

"He estudiado hasta qué punto las diferentes irregularidades en la estructura atómica afectan las propiedades del material", dice Mattias Flygare. Para estudiar la estructura atómica, he usado nuestro microscopio electrónico de transmisión aquí en la Universidad de Karlstad. El microscopio usa un haz de electrones en lugar de luz visible para analizar el material, lo que permite mirar los tubos a escala nanométrica, es decir, una mil millonésima parte de un metro, que es increíblemente pequeño. Mis estudios muestran, por ejemplo, que la dependencia de las propiedades sobre el orden y la periodicidad de los átomos dentro de las paredes del tubo no siempre es completamente lineal, y hay puntos críticos donde las propiedades se pueden mejorar drásticamente simplemente aumentando un poco la cristalinidad.Este es un resultado muy interesante que muestra la necesidad de más investigación y desarrollo de métodos de caracterización para nanotubos de carbono, de modo que se pueda utilizar el tipo correcto de tubo para el propósito correcto, y para seguir desarrollando la métodos de producción de los tubos".

Microscopio electrónico de transmisión

Con esta técnica, puede sortear las limitaciones de resolución de la luz visible, que es de aproximadamente un micrómetro, y reducirla a aproximadamente 100 picómetros, es decir, 0,1 nanómetros, que es lo suficientemente alto como para resolver átomos individuales. Dentro del microscopio de la universidad, también es posible manipular los nanotubos de carbono con una sonda hecha a medida que se puede controlar a nivel nanométrico.

“Nuestro microscopio electrónico está ubicado en la casa 21, pero está completamente aislado de las vibraciones del resto de la casa”, dice Mattias Flygare. "Si el microscopio tuviera contacto con la casa, solo se necesitaría que una persona caminara por el pasillo fuera de la habitación para que las vibraciones hicieran que la imagen fuera borrosa e inutilizable".

Áreas de aplicación de los nanotubos de carbono

Hoy en día, existen aplicaciones para los nanotubos de carbono en muchos productos diferentes, y los investigadores continúan explorando nuevas formas creativas de usar el material. Los nanotubos de carbono se encuentran en varios materiales compuestos, por ejemplo, en equipos deportivos como raquetas de tenis y bicicletas, debido a su capacidad para mejorar la fuerza y, al mismo tiempo, reducir el peso. Gracias a su conductividad eléctrica, también es útil en todo tipo de electrónica, y hay usos aún más exóticos en el horizonte. + Explora más

Tubo exterior de nanotubos de carbono de doble pared dopados selectivamente con boro para aplicaciones termoeléctricas