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Convertir nanotubos de carbono en fibras largas
Se ha utilizado un nuevo método para ensamblar nanotubos de carbono para crear fibras de cientos de metros de largo. Los nanotubos de carbono individuales son fuertes, livianos y conductores de electricidad, y podrían ser valiosos, entre otras cosas, como cables de transmisión eléctrica. Pero alinear masas de nanotubos en materiales bien ordenados, como fibras, ha demostrado ser un desafío a una escala adecuada para la fabricación. Al procesar nanotubos de carbono en una solución llamada superácido, los investigadores de la Universidad de Rice han fabricado fibras largas que podrían usarse como cables livianos y eficientes para la red eléctrica o como base de materiales estructurales y textiles conductores.
Fibra de nanotubos: Esta fibra, de unos 40 micrómetros de diámetro, está formada por nanotubos de carbono.
Otros han fabricado fibras de nanotubos de carbono tirando de los tubos de matrices sólidas con forma de cabello o haciéndolos girar como si fueran lana a medida que emergen de un reactor químico. El problema de partir de un sólido, dice el profesor de ingeniería química de Rice. Matteo Pasquali , es que la alineación no es espectacular y estos métodos son difíciles de escalar. Cuanto mejor alineados y ordenados los nanotubos individuales en una estructura más grande, mejores serán las propiedades eléctricas y mecánicas de la estructura colectiva. Usando los métodos de Rice, se pueden fabricar fibras de nanotubos bien alineadas a gran escala, disparadas desde una boquilla similar a un cabezal de ducha.
El tardío Premio Nobel Richard Smalley inició el proyecto Rice en 2001. Smalley sabía que el procesamiento de soluciones sería una buena forma de ensamblar fibras y películas de nanotubos debido a la forma de los nanotubos. Los nanotubos de carbono son mucho más largos que anchos, por lo que cuando están en una solución fluida, se alinean como troncos flotando en un río. Pero los nanotubos de carbono no son solubles en solventes convencionales. El grupo Rice sentó las bases para el procesamiento líquido de los nanotubos hace cinco años, cuando descubrieron que el ácido sulfúrico disuelve los nanotubos al recubrir sus superficies con iones cargados positivamente.
Durante los últimos cinco años, el grupo Rice ha utilizado la microscopía para estudiar soluciones de nanotubos elaboradas en varios ácidos diferentes. No hubo un experimento rápido, dice Pasquali. Tuvimos que ser muy deliberados. Ahora entendemos cómo funciona el procesamiento de la solución, las perillas para controlar los nanotubos y cómo predecir lo que harán. El mejor disolvente para procesar los tubos, según un trabajo publicado este mes en la revista Nanotecnología de la naturaleza , es ácido clorosulfónico. Los nanotubos se disuelven espontáneamente en este ácido en concentraciones 1000 veces mayores que en cualquier otro solvente.
El grupo Rice ha utilizado métodos de procesamiento ácido para ensamblar nanotubos de carbono en fibras de 50 micrómetros de espesor y cientos de metros de largo. No hay limitaciones en la longitud de la fibra, dice Pasquali. El grupo Rice demostró su método de ensamblaje con nanotubos de carbono de pared simple de alta calidad.
Hasta ahora, el grupo ha fabricado fibras que son altamente conductoras pero no tan fuertes como otros materiales de carbono. Pasquali dice que la resistencia de las fibras probablemente podría mejorarse diez veces utilizando nanotubos de carbono más largos. Ahora estamos trabajando en un proyecto para hacer líneas de transmisión eléctrica, dice Pasquali. Los nanotubos metálicos conducen la electricidad mejor que el cobre, son más livianos y fallan con menos frecuencia.
Sigue existiendo un obstáculo importante para la fabricación a gran escala de nanotubos de carbono: hoy en día, no existen buenos métodos para fabricar los propios nanotubos en lotes grandes y puros. Para fabricar líneas de transmisión de nanotubos, por ejemplo, el grupo Rice necesitaría comenzar con un gran lote de nanotubos que contengan todos los nanotubos metálicos y no los semiconductores. El mes pasado, los químicos del Honda Research Institute publicaron un artículo en Ciencias describir un método para fabricar grandes cantidades de nanotubos metálicos que, según Pasquali, es prometedor. Para las líneas de transmisión es necesario fabricar toneladas, y ahora no hay métodos para hacerlo, dice. Estamos a un milagro de distancia.