Un nanotubo es una nanoestructura tubular con paredes formadas por láminas de carbono de un átomo de grosor (grafeno). Los nanotubos son miembros de la familia estructural de los fullerenos, que también incluye las buckyballs esféricas. El nombre de "nanotubo" deriva de su tamaño, ya que el diámetro de un nanotubo puede ser tan pequeño como unos pocos nanómetros (1 nanómetro = 1 billonésima parte de un metro).
Los nanotubos son uno de los materiales más fuertes y rígidos que se conocen, con una relación resistencia-peso aproximadamente 30 veces superior a la del acero. También son excelentes conductores de la electricidad y el calor.
Las propiedades únicas de los nanotubos los hacen atractivos para una amplia gama de aplicaciones potenciales, como la electrónica, la óptica, la construcción y la medicina.
¿Cuáles son los tipos de nanotubos de carbono?
Los nanotubos de carbono (CNT) son moléculas cilíndricas huecas de carbono con propiedades extraordinarias. Se encuentran entre los materiales más fuertes y rígidos que se conocen, a la vez que son extremadamente ligeros y conductores. Hay dos tipos principales de nanotubos de carbono, los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) y los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT).
Los SWCNT están compuestos por una sola capa de átomos de carbono, enrollados en un tubo sin costuras. Pueden ser metálicos o semiconductores, según su estructura. Los MWCNT, en cambio, están compuestos por múltiples capas de carbono enrolladas en un tubo. Son siempre metálicos.
Las propiedades de los CNT los hacen atractivos para su uso en una amplia gama de aplicaciones, como la electrónica, la óptica, la construcción y la medicina.
¿Es posible que los nanotubos de carbono sean frágiles?
Los nanotubos de carbono suelen considerarse materiales muy resistentes y duraderos. Sin embargo, también son bastante frágiles y pueden dañarse fácilmente. Un nanotubo de carbono puede romperse fácilmente si se dobla demasiado. Además, los nanotubos de carbono pueden dañarse por la exposición a ácidos o bases fuertes.
¿Qué ventajas e inconvenientes tienen los nanotubos de carbono?
Los nanotubos de carbono son extremadamente fuertes y rígidos, con una relación fuerza-peso superior a la del acero. También son muy resistentes al calor y pueden conducir la electricidad y el calor de forma muy eficiente.
Sin embargo, la producción de nanotubos de carbono es muy cara y su pequeño tamaño dificulta el trabajo con ellos. Además, todavía no se conocen bien, y es necesario seguir investigando para determinar sus efectos a largo plazo sobre el medio ambiente y la salud humana.
¿Por qué los CNT son más resistentes que el acero?
Hay muchas razones por las que los nanotubos de carbono (CNT) son más fuertes que el acero. Una de las razones es que la estructura atómica de los CNT es mucho más fuerte que la del acero. Los CNT están formados por átomos de carbono unidos en una red hexagonal. Esta estructura reticular es muy fuerte y resistente a la rotura. El acero, en cambio, está formado por átomos de hierro unidos en una red cúbica. Esta estructura de red no es tan fuerte como la red hexagonal de los CNT.
Otra razón por la que los CNT son más fuertes que el acero es que los CNT tienen una mayor resistencia a la tracción que el acero. La resistencia a la tracción de un material es una medida de la fuerza que el material puede soportar antes de romperse. Los CNT tienen una resistencia a la tracción de unos 63 GPa, mientras que la del acero es de unos 30 GPa. Esto significa que los CNT pueden soportar casi el doble de fuerza antes de romperse.
Los CNT también tienen un módulo de Young más alto que el del acero. El módulo de Young de un material es una medida de la elasticidad del mismo. Un material con un módulo de Young alto es menos elástico y es menos probable que se deforme bajo tensión. Los CNT tienen un módulo de Young de aproximadamente 1 TPa, mientras que el módulo de Young del acero es de aproximadamente 200 GPa. Esto significa que los CNT son mucho menos propensos a deformarse bajo tensión que el acero.
Por último, los CNT son mucho más ligeros que el acero. El peso de los CNT es aproximadamente 1/6 del peso del acero. Esto significa que los CNT pueden utilizarse para crear estructuras mucho más ligeras que las de acero, sin sacrificar su resistencia.
Todos estos factores contribuyen a que los CNT sean más resistentes que el acero.
¿Cómo se fabrican los nanotubos de carbono? Los nanotubos de carbono se fabrican creando primero un catalizador, normalmente de hierro, cobalto o níquel. A continuación, el catalizador se coloca en un horno con una fuente de carbono, normalmente en forma de grafito. La fuente de carbono se calienta a una temperatura elevada, normalmente en torno a los 1000 grados Celsius, y el catalizador ayuda a descomponer las moléculas de carbono en pequeños nanotubos.