Fibra

1. PROPIEDADES Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS MATERIALES DE CARBONO

La historia del ser humano ha estado siempre ligada al carbono. Ahora, la producción a gran escala de nanotubos de carbono (CNTs) ha tomado forma real y nuevos materiales basados en los CNTs se preparan para dar el gran salto al mercado. Muestra de ello fue la presentación en enero de 2009 en Leverkusen (Alemania) de lainiciativa InnoCNT que aglutina a más de 70 socios y prevé invertir en los próximos años más de 200 millones de euros en la investigación y desarrollo de tecnologías basadas en los nanotubos de carbono.

Modelos en 3D de tres tipos de nanotubos de carbono. Imagen: Wikipedia.
El carbono es el cuarto elemento en mayor abundancia del universo tras hidrógeno, helio y oxígeno. Está presente en todas lasformas conocidas de vida y en el ser humano representa casi un 18.5% de su masa total, tiene la capacidad de combinarse químicamente consigo mismo y con otros elementos mediante fuertes enlaces covalentes dando lugar a una gran variedad de estructuras que permiten el desarrollo de materiales de diversas propiedades [1,2]. Los materiales de carbono pueden ser extremadamente duros como el diamante ofácilmente deslaminables como el grafito; muy densos y con una alta resistencia mecánica (materiales compuestos carbono/carbono), y por consiguiente, adecuados para aplicaciones estructurales (aviones y automóviles de competición), o muy porosos (carbones activados), siendo útiles estos últimos como adsorbentes para almacenamiento de energía o como soporte de catalizadores. Pueden ser altamenteconductores (grafito) o aislantes (carbono vítreo). Este amplio espectro de propiedades se ve reforzado por el hecho de que solamente los materiales de carbono son capaces de operar a altas temperaturas en las condiciones más extremas, y por la circunstancia de que no sólo mantienen sus propiedades con la temperatura sino que incluso las mejoran.

El descubrimiento del carbono se remonta a laprehistoria y la mejora de las técnicas para su aprovechamiento ha contribuido de forma sustancial al desarrollo humano. De la combustión de compuestos orgánicos para la obtención de carbón vegetal, conocida ya desde la antigüedad, se pasó a la utilización del carbón mineral en la máquina de vapor, una de las mayores innovaciones de la revolución industrial.
Desde que en el 1200 a.c la industria delhierro se expandiera de forma definitiva desde Armenia, se evidenció que la presencia de carbon mejoraba notablemente las propiedades mecánicas de este metal. En el siglo XVIII, de la mano de Réaumur, Lavoisier, Berthollet y Monge se ahondó de manera determinante en el conocimiento sobre las distintas formas de carbono y en el proceso de templado para la obtención de acero.
Otro paso importante sedio en la década de los setenta del siglo XX en el Reino Unido con el descubrimiento de la fibra de carbono, material que mejoraba de forma evidente las propiedades mecánicas de los materiales sin aumentar su peso. Sin embargo, debido al alto coste de producción, el nuevo material sólo se logró implantar en el sector aeroespacial y en la fabricación de materiales deportivos.
En paralelo, sedescubre el carbono vítreo, así denominado por presentar una superficie de fractura concoidal, con unas propiedades similares al vidrio, muy duro y frágil, y con una impermeabilidad a gases no observada hasta entonces en materiales de carbono; sus propiedades son totalmente opuestas a las del grafito. Por las mismas fechas, el hallazgo de nuevas formas estructurales de carbono grafítico, tipo aguja yesferular, contribuyó ostensiblemente al desarrollo de nuevos productos de carbono para muy diversas aplicaciones.
La excelente biocompatibilidad de los materiales de carbono, descubierta en los 70, permitió su utilización en prótesis, ligamentos y válvulas cardiacas, entre otros.
Al inicio de los 80, el desarrollo de la tecnología para la producción de bloques de grafito isótropo de alta...