Simulacion Molecular De Nanotubos De Carbono

SIMULACIÓN MOLECULAR DE NANOTUBOS DE CARBONO
Serrato Villegas, Lilia Eugenia*(1), Farías-Cepeda Lorena(1), Vera García Sara Luz(1), González Montemayor Ángela(1)
(1) Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de Ciencias Químicas. Blvd. V. Carranza esq. J. Cárdenas Valdés S/N, Col. República Oriente, Saltillo, Coahuila, *lserrato@uadec.edu.mx

Resumen
Debido a sus propiedades únicas losnanotubos de carbono han despertado gran interés en los años recientes. La simulación molecular de estos materiales es una herramienta útil que permite comprender su comportamiento y predecir sus propiedades al modificar su estructura. En este estudio se desarrollaron cálculos ab-inito mediante técnicas DFT para simular nanotubos de carbono con diferentes estructuras, en base a sus parámetros n y m.Se estudiaron 7 arreglos distintos y se pudo predecir propiedades termodinámicas, orbitales HOMO-LUMO, mediciones de niveles de energía y GAP electrónico para determinar algunas propiedades de transporte electrónico. Se observó que los arreglos (6,0) (6,3) y (6,6) presentan comportamientos metálicos y los arreglos (6,1) (6,2), (6,4) y (6,5) son semiconductores. Este estudio sienta las bases paraposibles cálculos de estructuras más complejas.

Palabras Claves:
Nanotubos de carbono, Métodos ab-initio, DFT, Estructura electrónica.

Introducción
El carbón es la materia prima para la vida y es el elemento básico de la química orgánica. Debido a la flexibilidad de sus enlaces, los sistemas basados en carbón tienen un número ilimitado de diferentes estructuras con una igual variedad depropiedades físicas.

Desde mediados del siglo pasado, con el incremento del estudio de las diferentes formas aleotrópicas del carbono, se han dado descubrimientos fascinantes. En 1985, Kroto y colabordores (Kroto, 1985) descubrieron una gran familia de moléculas esféricas de carbono de jaula cerrada, llamadas fullerenos, incluyendo la molécula básica, el C60. En 1993 Iijima e Ichibashiobservaron, por microscopía electrónica de transmisión, una forma tubular de carbono, llamados nanotubos (CNTs) (S. Iijima, 1993), y más recientemente Novoselov y colaboradores (Novoselov, 2004) lograron aislar un material consistente de una capa atómica de grafito, llamado grafeno, logrando medir algunas de sus propiedades (Delhaés, 2006).

Las propiedades únicas de los CNTs se deben a su peculiarestructura, que se compone de enlaces C-C más estrechamente relacionados con los de grafito que a los del diamante. Es decir, mientras que el diamante tiene un número de coordinación de cuatro con hibridación sp3, el grafito consta de tres carbones coordinados, en el que tres electrones están en la hibridación sp2 y uno deslocalizado. Los fullerenos y CNTs también tienen enlaces de carbono conhibridación sp2 como el grafito, pero a diferencia de la estructura del grafeno, que se compone de una estructura plana como panal de abeja, las estructuras de los fullerenos y nanotubos implican un alto grado de curvatura. La fuerza bien conocida de los CNTs se relaciona con la fuerza intrínseca de sus enlaces C-C sp2. Valores de módulo de Young, cerca de 1.000 GPa se han medido en CNTs individuales ocuerdas de nanotubos (“nanoropes”).

Varios métodos de síntesis de CNTs han sido investigados durante la última década: arco de descarga, la ablación por láser, métodos de deposición catalítica de vapor químico, entre otros.

Se han observado experimentalmente diferentes tipos de CNTs (figura1):
a) Nanotubos de pared única (SWCNTs): Un SWCNT es un cilindro transparente con un diámetro enel rango nanométrico que puede ser visualizado como una hoja enrollada de grafeno. La estructura de un nanotubo dado es determinada por su diámetro y la orientación relativa de los hexágonos de carbono con respecto al eje del tubo.

b) Nanotubos de pared múltiple (MWCNTs): Un MWCNT se puede visualizar como un tubo formado por una serie de capas concéntricas de grafeno enrolladas separados...