La capacidad de controlar con precisión la estructura de los CNT es crucial para desbloquear todo su potencial y adaptarlos a aplicaciones específicas. Uno de los aspectos clave del control de la estructura en los CNT es la dirección de rodamiento, que determina la orientación de la red hexagonal y la quiralidad resultante del nanotubo.
Para entender cómo hacer rodar un nanotubo, visualicemos una lámina de grafeno, que es una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal. Enrollar esta hoja de grafeno en una dirección determinada da como resultado la formación de un CNT. La dirección de rodadura suele estar definida por un vector llamado "vector quiral", que conecta dos puntos de red equivalentes en la hoja de grafeno.
La quiralidad de un CNT está determinada por el ángulo entre el vector quiral y la dirección en zigzag de la lámina de grafeno. Dependiendo de la dirección de laminación, los CNT se pueden clasificar en tres tipos principales:
1. Nanotubos de sillón: En los nanotubos de sillón, el vector quiral está perfectamente alineado con la dirección del zigzag, lo que da como resultado un CNT con una disposición regular de hexágonos.
2. Nanotubos en zigzag: En los nanotubos en zigzag, el vector quiral está perfectamente alineado con la dirección del sillón, lo que da como resultado un CNT con un patrón de hexágonos en zigzag.
3. Nanotubos quirales: En los nanotubos quirales, el vector quiral forma un ángulo entre las direcciones en zigzag y sillón, lo que da como resultado un CNT con una disposición retorcida de hexágonos.
La quiralidad de un CNT tiene un profundo impacto en sus propiedades electrónicas. Los nanotubos de sillón son típicamente metálicos, mientras que los nanotubos en zigzag y quirales pueden ser metálicos o semiconductores. Esta diferencia en las propiedades electrónicas surge de los efectos de la mecánica cuántica del confinamiento de los electrones dentro de la estructura de los nanotubos.
El control preciso sobre la dirección de rodadura y la quiralidad de los CNT se logra mediante diversas técnicas de síntesis, incluida la deposición química de vapor (CVD), la descarga de arco y la ablación con láser. Estas técnicas implican controlar las condiciones de crecimiento, como la temperatura, la presión y la composición del catalizador, para favorecer la formación de tipos específicos de CNT.
En CVD, por ejemplo, la dirección de laminación de los CNT puede verse influenciada por la orientación de la superficie del sustrato o mediante el uso de catalizadores modelados. Al controlar los parámetros de crecimiento, es posible sintetizar selectivamente quiralidades específicas de CNT.
En resumen, hacer rodar un nanotubo implica visualizar una lámina de grafeno y enrollarla en una dirección específica, definida por el vector quiral. La dirección de rodadura determina la quiralidad del CNT y sus propiedades electrónicas. Se logra un control preciso sobre la dirección de laminación mediante diversas técnicas de síntesis, lo que permite el crecimiento personalizado de CNT con las características estructurales y eléctricas deseadas.
