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Nanotubos convertidos en superfibras
Los nanotubos de carbono tienen una resistencia y una conductividad superlativas, pero en las dos décadas transcurridas desde su descubrimiento, ha resultado difícil hacer hebras largas con ellos que puedan aprovechar esas propiedades. Ahora investigadores de la Universidad de Rice y la empresa de materiales holandesa Teijin Aramida están fabricando fibras de nanotubos en forma de hilo que combinan la conductividad eléctrica de los metales con la resistencia de los compuestos de carbono, y son livianas, flexibles y térmicamente conductoras.
Carbono brillante: Este diodo emisor de luz de 46 gramos se mantiene en alto mediante dos fibras de nanotubos de 24 micrómetros de espesor. Las fibras también llevan corriente eléctrica a la bombilla.
Teijin Aramid, con sede en Arnhem, Países Bajos, y un productor líder de fibras de alta resistencia, planea comercializar los materiales basados en nanotubos, probablemente primero en cableado para aviones y satélites, y eventualmente en textiles electrónicos e implantes médicos que resisten la corrosión.
Los nanotubos de carbono individuales son algunos de los materiales conocidos más fuertes y conductores. Pero la mayoría de los intentos de construir materiales más grandes a partir de ellos resultan en un lío enredado que no tiene ninguna de estas propiedades. El problema es que para fabricar dichos materiales, es necesario alinear los nanotubos.
En 2003, los investigadores de la Universidad de Rice dirigidos por Richard Smalley fabricó las primeras fibras de nanotubos de carbono haciendo pasar una suspensión líquida de nanotubos a través de una máquina de hilar fibras del mismo tipo que se utiliza para fabricar fibras poliméricas comerciales como Kevlar y Twaron de DuPont, fabricada por Teijin Aramid. La razón era que los nanotubos fluirían a través del líquido y se alinearían entre sí como troncos flotando en un río. Esta alineación debería hacer que la fibra sea más fuerte y conductora. Sin embargo, las propiedades de estas primeras fibras no eran muy buenas, dice Matteo Pasquali , quien ahora lidera el proyecto de fibra de nanotubos en Rice. Mientras que otros grupos se dedicaron a fabricar láminas de nanotubos y fibras a partir de materiales secos, el grupo de Rice mantuvo su método.
En ese momento, no funcionaba muy bien con nanotubos, pero Pasquali y Smalley creían que si podían mejorar el proceso de hilado, en última instancia conducirían a fibras con mejores propiedades que los métodos secos y serían susceptibles de fabricación a gran escala como que se hace con polímeros.
Ahora esa decisión ha valido la pena, dice Pasquali. Trabajando con Teijin Aramid, el grupo Rice ahora ha fabricado fibras de nanotubos de carbono que tienen más propiedades de los nanotubos individuales. Tienen una conductividad eléctrica cercana a la del cobre, pero son mucho más fuertes. No son tan fuertes como las fibras de carbono convencionales, pero son mucho menos frágiles. Y son más conductores térmicos que el metal o la fibra de carbono. Eso significa que las fibras de nanotubos podrían reemplazar estos materiales en aplicaciones existentes en la industria aeroespacial y electrónica, y permitir nuevas tecnologías que aprovechen la combinación única de resistencia, flexibilidad y conductividad térmica y eléctrica de las fibras. Pasquali prevé textiles electrónicos lavables, cableado liviano para aviones y, finalmente, cables más eficientes para la red eléctrica.
Los filamentos tienen un grosor de aproximadamente 25 micrómetros y se pueden tejer en hilos más gruesos para soportar cargas más pesadas o para transportar más corriente. Pasquali dice que el grupo ahora puede producir los materiales de nanotubos de forma continua, y que se necesitan un par de horas para producir unos cientos de metros. Este trabajo se describe en la revista Ciencias .
Marcin Otto, gerente de desarrollo comercial de Teijin Aramid, dice que debido a que las fibras se fabrican mediante un proceso de hilado en húmedo, tienen mejores propiedades que las fabricadas con nanotubos secos. Pero, admite, Teijin Aramid tendrá que demostrar que es capaz de fabricar a mayor escala.
Otto dice que Teijin Aramid ahora está investigando varios mercados potenciales. Una posibilidad son los textiles multifuncionales livianos para ropa inteligente que integran sensores médicos, antenas y otros dispositivos, y pueden sobrevivir al estrés del plegado y resistir la corrosión en la lavadora. Pero es probable que las primeras aplicaciones se encuentren en mercados como el cableado eléctrico para la industria aeroespacial y de defensa, donde cada gramo de peso es fundamental. Primero, la empresa tiene que realizar la ingeniería y las pruebas necesarias para asegurarse de que las fibras se puedan escalar para hacer un producto confiable.