Los nanotubos de carbono (CNT) son alótropos del carbono con forma de panal cilíndrico y nanodiámetro.
Las numerosas propiedades de los CNT, como la resistencia mecánica, la elasticidad, la ligereza y la conductividad eléctrica y térmica, los convierten en el material más prometedor.
Muchas industrias, como la electrónica, la medicina, el almacenamiento de energía o los sensores, entre otras, están utilizando los CNT en grandes cantidades. El aumento de la demanda ha ejercido una presión constante sobre el aumento de la fabricación de CNT.
Esta producción a gran escala de CNT se ha convertido en el principal reto que dificulta sus aplicaciones.
Afrontar el reto :
Por lo general, los científicos prefieren cultivar bosques de CNT en lugar de cultivarlos individualmente. Los bosques de CNT son conjuntos de CNT alineados verticalmente que se autoensamblan.
Esto se suele llevar a cabo mediante el proceso de deposición química de vapor en presencia de un catalizador fijo sobre un sustrato que posteriormente se separa del bosque de CNT para obtener un material de gran pureza.
Aunque este proceso ofrece abundantes méritos, el único problema importante al que se enfrenta es la duración.
Hasta ahora, los investigadores han conseguido hacer crecer el bosque de CNTs hasta 2 cm utilizando catalizadores como el hierro (Fe) sobre un soporte de óxido de aluminio (Al2O3) (la longitud de los CNTs juega un papel vital en lo que respecta a sus propiedades, por lo que es necesario tener en cuenta este aspecto).
Esto afecta a su valor industrial al limitar la oferta y aumentar el coste del material.
Ha habido un descubrimiento revolucionario que ha cambiado totalmente el juego.
Recientemente, un equipo de científicos de Japón ha registrado la longitud de un bosque de CNT de hasta 14 cm mediante un novedoso enfoque. Su estudio se ha publicado recientemente en Carbon.
Hisashi Sugime, profesor adjunto de la Universidad de Waseda, y su equipo descubrieron que los CNT dejaron de crecer debido al cambio estructural gradual del catalizador (Fe-Al2Ox) que se utilizó anteriormente.
Básicamente, la densidad de los CNT, que depende del número de catalizadores activos, es insuficiente para mantener una estructura autoportante, el crecimiento del bosque termina.
Por lo tanto, el catalizador utilizado debe permanecer estructural y químicamente estable.
Su enfoque fue cambiar la técnica para suprimir esta inestabilidad.
Lo consiguieron añadiendo la capa de gadolinio (Gd) al anterior catalizador recubierto con un sustrato de silicio de tipo n.
La capa de gadolinio ayudó a evitar que el catalizador se deteriorara y, a su vez, permitió que el bosque de CNT creciera 5 cm.
Además, para conseguir la longitud deseada, mantuvieron el catalizador en una cámara llamada de deposición química de vapor con gas frío (CVD).
El catalizador se pretrató manteniendo la temperatura hasta 750°C y proporcionando pequeñas concentraciones de vapores de Fe y Al a temperatura ambiente.
Esto ayudó a mantener la estructura del catalizador hasta 26 horas, lo que a su vez promovió el crecimiento del bosque de CNT.
Tras un cuidadoso análisis, pudieron registrar con éxito la longitud del bosque de CNT en 14 cm.
Este notable progreso ha ampliado los aspectos de aplicación de los CNT.
Podría cambiar el enfoque de la nanotecnología y la nanociencia para futuras investigaciones.
Para leer el artículo de investigación completo publicado, consulte el DOI que aparece a continuación.
Referencia :
Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Bosque de nanotubos de carbono ultralargo mediante suplementos in situ de fuentes de vapor de hierro y aluminio. Carbono, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066
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