Nanotubos

En un post anterior, hablábamos sobre una forma esférica de átomos de carbono, los fulerenos. Entre ellos, el más famoso, C _60.

Los nanotubos de carbono (NTC) fueron preparados por primera vez por Sumio Iijima , quien durante muchos años había estudiado la estructura a escala atómica de las fibras de carbono.

Cuando en 1990 investigadores de Heidelberg, en Alemania, y Tucson, en Estados Unidos, informaron de un método para obtener grandes cantidades del buckminsterfullereno o C60 , Iijima sintió que tenían sentido sus investigaciones llevadas a cabo durante una década. Echó a correr un experimento para verificar la formación de esa forma del carbono descubierta por Harry Kroto (Universidad de Sussex, en Inglaterra) y por Richard Smaley (Universidad de Texas, en Estados Unidos) en 1985. Así, pasando chispas eléctricas a través de dos barras de grafito, Iijima las vaporizó, obteniendo carbono condensado en una masa tipo hollín, donde esperaba encontrar el C60 .

Lo que halló cuando colocó al microscopio ese hollín no fue el C60, sino pequeños tubos de carbono de unos cuantos nanómetros de ancho (en un metro hay mil millones de nanometros, 10^9). Estos nanotubos estaban huecos, pero tenían muchas capas: tubos dentro de tubos, como muñecas rusas anidadas unas en otras, con sus partes finales selladas con tapas cónicas.

Desde el momento de su descubrimiento se han empleando de manera académica en distintos estudios y a partir del 2005 se comenzaron a estudiar para aplicaciones industriales.

Tal vez la propiedad eléctrica más importante de los nanotubos de carbono que determina su utilización en electrónica es que pueden ser metálicos o semiconductores, dependiendo de la forma en que se enrollaría la lámina de grafito.

La tendencia actual en electrónica es la miniaturización de los dispositivos para mejorar las prestaciones: aumento de velocidad, densidad y eficiencia. En este proceso ampliamente demandado, las tradicionales tecnologías de silicio están alcanzando el mínimo tamaño que se puede conseguir garantizando su correcto funcionamiento. Los nanotubos de carbono pueden desempeñar el mismo papel que el silicio en los circuitos electrónicos, pero a escala molecular donde el silicio y otros semiconductores dejan de funcionar.

La electrónica a nivel molecular permitirá no sólo hacer más pequeños los dispositivos convencionales, sino también crear otros nuevos que aprovechen los efectos cuánticos propios de la reducida escala nanométrica en la que trabajan.

Hay algo más que pueden aportar los nanotubos de carbono a la electrónica: son excelentes conductores del calor, lo que los hace ideales disipadores del calor que se produce en los sistemas electrónicos.

Una característica importante de los dispositivos electrónicos que integran nanotubos es que aumentan su vida útil debido básicamente a las propiedades mecánicas (resistencia mecánica, dureza, tenacidad, flexibilidad y elasticidad) y térmicas (buena conducción del calor y estabilidad estructural a altas temperaturas) de los nanotubos.

Un problema importante de las aplicaciones electrónicas de los nanotubos de carbono es que éstos son muy susceptibles al ruido causado por fluctuaciones eléctricas, térmicas y químicas. Aunque esto es muy positivo para su aplicación en sensores.

Los nanotubos van a permitir avanzar en el diseño y desarrollo de :

- Interconectores (nanocables).

- Nuevos díodos, transistores: Componentes fundamentales en el desarrollo de productos electrónicos.

- Pantallas planas son una de las aplicaciones más prometedoras de los nanotubos de carbono como emisores de campo.

- Lámparas y tubos luminiscentes: Las lámparas de nanotubos de carbono se basan en la misma idea que los displays planos: un cátodo que incorpora nanotubos emisores de electrones que impactan sobre un ánodo cubierto de un material catodoluminiscente. El impacto de los electrones produce luz. En este caso sólo se busca luz, no una imagen, por lo que no es necesaria la electrónica propia de las pantallas planas. Las lámparas así construidas son más eficientes (más de 10 veces) que las tradicionales, más brillantes y con una vida más larga (mayor de 8.000 horas). Por ello se plantean como alternativa a las lámparas fluorescentes convencionales que usan mercurio altamente contaminante para el medio ambiente.

- Memorias: Las memorias fabricadas con nanotubos de carbono podrían ser una alternativa interesante a las actuales memorias RAM de nuestros ordenadores. Para empezar serían memorias no volátiles. Además, serían más rápidas, baratas, resistentes a la radiación, con una vida casi ilimitada, con gran capacidad de almacenamiento de datos y con menor consumo que las actuales.

- Fotónica. Las principales propiedades ópticas de los nanotubos de carbono en las que se basarán nuevas aplicaciones fotónicas son: Presentan fotoluminiscencia y son absorbentes saturables de luz.

- Tubos de rayos catódicos.

- Fuentes de rayos X.

- Amplificadores de microondas.

- Tubos de descarga de gas en redes de telecomunicaciones.

- Microscopios electrónicos de barrido.

- SENSORES: químicos y biológicos, mecánicos, térmicos, electromagnéticos, de emisión de campo...

- ENERGÍA: Supercondensadores, pilas de combustible, baterías de ión Litio, células solares...

- INSTRUMENTACIÓN CIENTÍFICA.

- Medicina: Lo veremos en un próximo post.