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Nanotubos

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Nanotubos
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Los nanotubos de carbono (CNT) son alótropos de carbono con una nanoestructura cilíndrica. Estas moléculas de carbono cilíndricas tienen propiedades inusuales, que son valiosas para la nanotecnología, la electrónica, la óptica y otros campos de la ciencia y la tecnología de los materiales. Debido a la resistencia y rigidez excepcionales del material, los nanotubos se han construido con una relación de longitud a diámetro de hasta 132,000,000: 1, significativamente mayor que para cualquier otro material.

Además, debido a su extraordinaria conductividad térmica, propiedades mecánicas y eléctricas, los nanotubos de carbono encuentran aplicaciones como aditivos para diversos materiales estructurales. Por ejemplo, los nanotubos forman una pequeña porción del material en algunos (principalmente fibra de carbono) bates de béisbol, palos de golf, piezas de automóviles o acero de damasco.

Los nanotubos son miembros de la familia estructural fullereno. Su nombre se deriva de su estructura larga y hueca con las paredes formadas por láminas de carbono de un átomo de espesor, llamadas grafeno. Estas láminas se enrollan en ángulos específicos y discretos (“quirales”), y la combinación del ángulo de rodadura y el radio decide las propiedades de los nanotubos; por ejemplo, si la carcasa de nanotubos individual es de metal o semiconductor. Los nanotubos se clasifican como nanotubos de paredes simples (SWNT) y nanotubos de paredes múltiples (MWNT). Los nanotubos individuales se alinean naturalmente en “cuerdas” mantenidas juntas por las fuerzas de van der Waals, más específicamente, el apilamiento en pi.

Química cuántica aplicada, específicamente, la hibridación orbital describe mejor los enlaces químicos en nanotubos. La unión química de los nanotubos implica átomos de carbono completamente híbridos sp2. Estos enlaces, que son similares a los del grafito y más fuertes que los encontrados en alcanos y diamantes (que emplean átomos de carbono híbridos sp3), proporcionan nanotubos con su fuerza única.

Los nanobuds de carbono son un material de nueva creación que combina dos alótropos de carbono previamente descubiertos: los nanotubos de carbono y los fullerenos. En este nuevo material, “cogollos” de tipo fullereno se unen covalentemente a las paredes laterales externas del nanotubo de carbono subyacente. Este material híbrido tiene propiedades útiles tanto de fulerenos como de nanotubos de carbono. En particular, se ha encontrado que son emisores de campo excepcionalmente buenos. En materiales compuestos, las moléculas de fulereno adjuntas pueden funcionar como anclajes moleculares evitando el deslizamiento de los nanotubos, mejorando así las propiedades mecánicas del compuesto.

Un peapod de carbono es un nuevo material de carbono híbrido que atrapa el fulereno dentro de un nanotubo de carbono. Puede poseer propiedades magnéticas interesantes con calentamiento e irradiación. También se puede aplicar como un oscilador durante las investigaciones y predicciones teóricas.

En teoría, un nanotorus es un nanotubo de carbono doblado en un toroide (forma de rosquilla). Se predice que los nanotori tienen muchas propiedades únicas, como momentos magnéticos 1000 veces más grandes de lo que se esperaba para ciertos radios específicos. Las propiedades como el momento magnético, la estabilidad térmica, etc. varían ampliamente según el radio del toro y el radio del tubo.

Los nanotubos de carbono Graphenated son un híbrido relativamente nuevo que combina foliatos grafíticos crecidos a lo largo de las paredes laterales de CNTs de estilo multiwalled o de bambú. La densidad foliar puede variar en función de las condiciones de deposición (por ejemplo, temperatura y tiempo) con una estructura que varía desde pocas capas de grafeno (<10) a más gruesas, más parecidas al grafito.  La ventaja fundamental de una estructura integrada de grafeno-CNT es el marco tridimensional de alta área superficial de los CNT junto con la alta densidad de borde del grafeno. El depósito de una alta densidad de foliatos de grafeno a lo largo de la longitud de los CNT alineados puede aumentar significativamente la capacidad de carga total por unidad de área nominal en comparación con otras nanoestructuras de carbono.

Los nanotubos de carbono apilados en la copa (CSCNT) difieren de otras estructuras de carbono cuasi-1D, que normalmente se comportan como conductores cuasi-metálicos de electrones. Los CSCNT presentan comportamientos semiconductores debido a la microestructura de apilamiento de las capas de grafeno.

Nanotubos de carbono extremos

La observación de los nanotubos de carbono más largos cultivados hasta el momento son más de 1/2 m (550 mm de largo) se informó en 2013.  Estos nanotubos se cultivaron en sustratos de silicio utilizando un método mejorado de deposición química de vapor (CVD) y representan matrices eléctricamente uniformes de nanotubos de carbono de pared simple.

El nanotubo de carbono más corto es el compuesto orgánico cicloparafenileno, que se sintetizó en 2008.

El nanotubo de carbono más delgado es el sillón (2,2) CNT con un diámetro de 0.3 nm. Este nanotubo creció dentro de un nanotubo de carbono de paredes múltiples. La asignación del tipo de nanotubos de carbono se realizó mediante una combinación de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM), espectroscopía Raman y cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

El nanotubo de carbono de pared simple independiente más delgado tiene aproximadamente 0,43 nm de diámetro.

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