Nanomateriales

03/03/2009

Nanomateriales de gran interés tecnológico.
Tema 6

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Tema 6: Materiales de gran interés tecnológico

6.1 Nanotubos de carbono: propiedades, métodos de síntesis y aplicaciones. 6.2 Silicio: aplicaciones fotoelectrónicas, semiconductores 6.3 Nanoestructuras de ZnO.

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6.1 Nanotubos de carbono

Historia  Las fibras y filamentos de carbono se hanestudiado desde hace más de 100 años (1890).

Imágenes TEM de tres fibras de carbono. (Radushkevich and Lukyanovich, 1950).

 Producción progresiva  demanda realizada por la industria espacial y aeronaútica.  La preparación de fibras que sean resistentes a la propagación de fracturas requeriría un desarrollo de los métodos de crecimiento de las mismas (CVD)
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6.1 Nanotubos de carbono

En 1970 se muestra una imagen de los que hoy denominamos nanotubo de carbono (CNT) de simple- (SWNT) o doble- (DWNT) pared.

(Izqda) Primera imagen de los denominados SWNT ó DWNT, año 1975. (Dcha) Imágenes simuladas de DWNT en un haz de SWNT y un SWNT en un haz de DWNT.

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6.1 Nanotubos de carbono

 Lijima (1991), muestra imágenes HRTEM de nanotubos de carbono dondese visualizan con claridad las múltiples capas concéntricas de grafeno (MWNT).

Imágenes HRTEM de Iijima de tres MWNTs constituidos por 3, 5 y 7 capas concéntricas de grafeno.

 El interés de este tipo de fibras ha continuado hasta la actualidad.  El número de publicaciones dedicadas a los CNT aumenta todavía de forma exponencial.
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6.1 Nanotubos de carbono

Estructura

 CNT cilindros de grafeno a nanoescala que se une en el punto final por medio fulereno
 Los SWNT se clasifican de acuerdo a tres posibles configuraciones: zig-zag, sillón y quiral.
 Configuración de zig-zag: dos enlaces C-C opuestos de cada hexágono quedan paralelos al eje del tubo  Configuración de sillón: los enlaces C-C son perpendiculares al eje.  En todas las otras configuraciones: los enlaces C-Copuestos se disponen en cierto ángulo respecto al eje del tubo  nanotubo helicoidal quiral.

 Las propiedades de los CNTs dependen de su estructura.
 Así, para diámetros similares, todos los SWNTs de sillón y 1/3 de los de zig-zag son metálicos, el resto son semiconductores.

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Grafeno

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6.1 Nanotubos de carbono

Modelos de lastres estructuras atómicas de SWNT

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6.1 Nanotubos de carbono

Propiedades  Los CNTs presentan extraordinarias relaciones de aspecto:
 Los SWNTs pueden crecer hasta varios centímetros (109 veces su diámetro).  Los MWNTs tienen longitudes de hasta un centímetro y diámetros de 5-100 nm.

 Se han descrito extraordinarias propiedades mecánicas.  Mediante dopaje sepuede modificar su respuesta electrónica.  Atractivos para aplicaciones en:
     Nano-electrónica Sensores Rellenos en polímeros Cerámica Compuestos metálicos.

 Hoy en día las propiedades de los nanotubos de C se miden en masa.
 Imposibilidad de obtener materiales limpios  Los métodos de crecimiento son insuficientes para controlar la producción de CNTs con propiedades y estructurasuniformes.
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6.1 Nanotubos de carbono

(a) Modelo de transistor CNT vertical. (b) Fibras de carbono crecidas por PECVD, 1 μm de diámetro, utilizadas como conectores

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6.1 Nanotubos de carbono

Propiedades individuales de los CNTs.  Los datos descritos de propiedades de los CNTs varían significativamente.

Variación del modulo de Young y fuerza de tensión para CNTsdiferentes.

 Falta de reproducibilidad en las medidas:
 Repetir las medidas en varios tubos hasta encontrar el valor esperado.  Los métodos de síntesis empleados evidencian que no es posible todavía preparar nanotubos monoquirales.  Incertidumbre en la aplicación práctica de los CNTs.
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6.1 Nanotubos de carbono

 La falta de consistencia de los resultados se comprende:  Los...