Nanotubos de carbono

Nanotubos de carbono

Índice
1. Introducción

2. Fabricación
3. Estructura 4. Propiedades

5. Aplicaciones
6. Bibliografía

Introducción
Se denomina nanotubo a la estructura tubular cuyo diámetro es del orden de los nanometros.
Los nanotubos de carbono (CNTs) están constituidos por redes hexagonales de carbono curvadas y cerradas. Son sistemas ligeros, huecos y porosos que tienenalta resistencia mecánica. A pesar de su reducido diámetro, los nanotubos pueden alcanzar una longitud de 105 nm (0.01 cm). Debido a esta relación diámetro-longitud, pueden considerarse prácticamente unidimensionales. Muestran propiedades muy interesantes, como son su resistencia o sus propiedades de conducción eléctrica y térmica.

Fabricación
Existen tres procesos para sintetizar nanotubos decarbono:
• Ablación láser • Descarga de arco • Deposición catalítica en forma de vapor (CVD, Catalytic Vapor Phase)

Ablación láser
La ablación láser es un procedimiento que se usa para extraer el material de la superficie de un sólido mediante la irradiación con un rayo láser. Cuando el flujo de radiación láser es bajo, la superficie del material se calienta al absorber la energía de losfotones, y se produce sublimación o evaporación. Para producir nanotubos, se vaporiza un blanco de grafito en un reactor de alta temperatura y en presencia de un gas inerte. Los nanotubos se forman cuando el grafito vaporizado condensa sobre las paredes más frías del reactor. Este procedimiento produce nanotubos monocapa de alta pureza, con un diámetro que puede controlarse fácilmente.

Descargade arco
La descarga de arco es un tipo de descarga eléctrica continua que genera luz y calor muy intensos. Se produce entre dos electrodos enfrentados dentro de una atmósfera de gas inerte a baja presión. Por los electrodos de grafito se hace pasar una corriente muy intensa que sublima los átomos de carbono de la superficie de los electrodos.

Este procedimiento permite evaporar las diferentesclases de fullerenos y dejar los nanotubos aislados. También se emplea para evaporar las paredes más externas de los nanotubos de tipo multicapa y, también, para abrir los extremos de los mismos.

CVD
En la CVD se prepara un sustrato con una capa de metal (usualmente níquel, cobalto u oro) y se introduce en un reactor. Este sustrato hará de catalizador. Para iniciar el crecimiento de losnanotubos, se mezclan dos gases en el reactor: un “gas de proceso” y otro que se utiliza como fuente de carbono (acetileno, etanol, metano...) El gas que contiene el carbono se rompe sobre la superficie de las partículas catalíticas, y el carbono es transportado a los límites de la partícula, donde se forman los nanotubos.

Esta técnica tiene una eficiencia alta, y es la más usada, aunque la purezade los nanotubos obtenidos es menor que con los otros dos métodos.

Estructura de los nanotubos
• La mayoría de los nanotubos monocapa o de pared simple (SWNT) tienen un diámetro de aproximadamente 1 nm, y una longitud que puede ser millones de veces mayor. • La estructura de un SWNT puede entenderse como una hoja de grafeno (una capa de grafito de sólo un átomo de grosor) enrollada como uncilindro perfecto.

• La forma en que se enrolla la hoja de grafeno se representa por un vector (n,m) llamado vector quiral. • Los enteros n y m denotan los vectores unitarios en las direcciones de la celda unidad de la estructura en forma de panal del nanotubo.

d

a ( n2  nm  m2 ) 6

Estructura de los nanotubos
• En el caso m=0 los nanotubos se denominan “zigzag”.

• En el caso m=nse denominan “armchair”.

Otras estructuras
Nanotubos multicapa
Consisten en múltiples capas enrolladas formando tubos concéntricos.
Los nanotubos de doble capa presentan más resistencia a agresiones químicas que los monocapa. A partir de la tercera capa, la mayoría de las propiedades de los SWNT se pierden.

Otras estructuras
Nanobuds
Estas estructuras, sintetizadas por primera vez en...