Imagen tomada del Diario de Ciencias / Profesorviaweb.com/tag/ultracentrifugacion
El 10 de diciembre de 2009, en mi primera entrada nanotecnológica, se explicaba brevemente que es la nanotecnología. En esta segunda parte, se toca el tema de los nanotubos de carbono.
Los nanotubos de carbono (NTC) fueron descubiertos en 1991 por Sumio Iijima, un ingeniero japonés de la empresa NEC. Están constituidos por átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal cilíndrica, de forma que su estructura es la misma que se obtendría si se enrollara sobre sí misma una lámina de grafito. Pueden estar cerrados en los extremos por media esfera de fulereno o estar abiertos. Pueden ser de pared simple (una sola lámina enrollada) o de pared múltiple (varias láminas concéntricas enrolladas).
Tienen propiedades muy interesantes. Para empezar, muestran una relación longitud/diámetro muy elevada, debido a que su diámetro es del orden de los nanómetros y la longitud puede variar desde unas micras hasta milímetros e incluso algunos centímetros. Tienen interesantes propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas que les capacitan para ser utilizados en multitud de aplicaciones.
A pesar de las extraordinarias propiedades mecánicas y térmicas de los nanotubos de carbono, de las que tanto se habla en la literatura, sus primeras aplicaciones prácticas han sido electrónicas, planteándose como una posible revolución en determinadas áreas como la informática.
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. Para que un nanotubo sea metálico debe de cumplirse que la diferencia n-m (n y m son los índices de Hamada, parámetros que indican la forma en que se enrollaría la lámina de grafito que daría lugar al nanotubo) debe ser múltiplo de 3, en caso contrario, será semiconductor.
Tienen propiedades muy interesantes. Para empezar, muestran una relación longitud/diámetro muy elevada, debido a que su diámetro es del orden de los nanómetros y la longitud puede variar desde unas micras hasta milímetros e incluso algunos centímetros. Tienen interesantes propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas que les capacitan para ser utilizados en multitud de aplicaciones.
A pesar de las extraordinarias propiedades mecánicas y térmicas de los nanotubos de carbono, de las que tanto se habla en la literatura, sus primeras aplicaciones prácticas han sido electrónicas, planteándose como una posible revolución en determinadas áreas como la informática.
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. Para que un nanotubo sea metálico debe de cumplirse que la diferencia n-m (n y m son los índices de Hamada, parámetros que indican la forma en que se enrollaría la lámina de grafito que daría lugar al nanotubo) debe ser múltiplo de 3, en caso contrario, será semiconductor.
Las pantallas planas son una de las aplicaciones más prometedoras de los Nanotubos de carbono como emisores de campo. Durante mucho tiempo se ha pensado en la emisión de campo para las pantallas planas de televisores y ordenadores pero siempre se ha tropezado con el problema de que los emisores son extremadamente delicados. Los nanotubos de carbono con su extraordinaria estabilidad estructural pueden ser la solución a este problema.
Presentan, además, numerosas ventajas frente a los “liquid crystal displays” (LCD): menor consumo, mayor brillo, mayor ángulo de visión, y rápida respuesta.
En cuanto a las memorias fabricadas con nanotubos de carbono puden ser una alternativa interesante a las actuales memorias RAM de los ordenadores. Para empezar serían memorias no volátiles. Además, serían más rápidas, baratas, resistentes a la radiación, con una vida casi ilimitada, una gran capacidad de almacenamiento de datos y un menor consumo en relación a las actuales.
Imagen aparecida en 202.181.165.14/news.php?id=748
Resumiendo, los nanotubos de carbono son la materia prima para el desarrollo de un gran número de aplicaciones: electrónica, sensores, instrumentación científica, fotónica, materiales, biotecnología y química, energía y mecánica. En electrónica destacan las pantallas planas que utilizan los nanotubos de carbono como emisores de campo. En sensores son los químicos y biológicos los que mayor partido sacarán de las propiedades de los nanotubos de carbono. En instrumentación científica, los microscopios de sonda de barrido mejorarán sus prestaciones gracias a la utilización de nanotubos de carbono como puntas de sonda. En fotónica mejorarán los dispositivos ya existentes al incorporar en ellos nanotubos de carbono y, además, éstos permitirán la aparición de otros nuevos que proporcionen a la fotónica total independencia respecto a la electrónica. Los materiales nanorreforzados con nanotubos de carbono son muy importantes porque, aparte de ser utilizados en estructuras que aprovechan las propiedades mecánicas de los nanotubos de carbono, son la base para otras aplicaciones que necesitan utilizar a los nanotubos encastrados en una matriz de otro material. En el campo de la biotecnología y la química la principal aplicación es la medicina donde los nanotubos de carbono plantean una extraordinaria revolución en distintas facetas, siendo la principal la administración de medicamentos que permitirá que las medicinas lleguen sólo a la zona exacta donde tienen que actuar, aumentando su eficacia y disminuyendo los efectos secundarios. En energía las pilas de combustible pueden beneficiarse de la utilización de los nanotubos de carbono, incluyendo el almacenamiento de hidrógeno, aunque estos también ofrecen oportunidades de mejora en baterías de ion litio, supercondensadores y células solares. Por último en mecánica destacan los NEMS (NanoElectroMechanical Systems), pequeños dispositivos electro-mecánicos de dimensiones nanométricas que se emplean sobre todo como sensores y actuadores, a los que los nanotubos de carbono tienen mucho que aportar.
El número de referencias científicas, proyectos y patentes que tratan sobre aplicaciones de los nanotubos de carbono muestran, en general, una tendencia ascendente durante los últimos años. Si hablamos de países, es EE.UU. el que destaca en cuanto a número de documentos, pero si consideramos regiones es Asia el continente que mayor interés demuestra en el tema, destacando China, Corea y Japón. El mercado de las aplicaciones de los nanotubos de carbono es muy incipiente. Se comercializan ya productos elaborados con materiales compuestos que incorporan nanotubos de carbono, como raquetas de tenis, bates de beisbol, y diversos materiales deportivos que aprovechan la resistencia y la ligereza de los nanotubos de carbono transferida al compuesto del que forman parte. Sin embargo el resto de las aplicaciones no parecen estar todavía comercializadas, si bien se espera que muchas de ellas irán apareciendo en el mercado paulatinamente. Es de esperar que la electrónica sea la siguiente aplicación que, incorporando nanotubos de carbono, revolucione el mercado ofreciendo velocidad, miniaturización y larga vida útil. Numerosas empresas han hecho públicos distintos prototipos electrónicos, sobre todo de pantallas planas, pero aún no han dado el salto definitivo a su producción industrial. Aunque los sensores biológicos y químicos son un tema muy estudiado, su comercialización no parece tan cercana. El sector energético también parece muy prometedor con un enorme mercado potencial, pero la utilización de nanotubos de carbono en este tema todavía tiene que madurar más. La medicina también es una aplicación prometedora, pero muy poco madura. Las aplicaciones en mecánica, fotónica e instrumentación científica también necesitan más maduración.
Fuente: Circulo de Innovación - María Jesús Rivas Martínez -José Román Ganzer -María Luisa Cosme Huertas - rivasmmj@inta.es - Vigilancia Tecnológica, CIMTAN, INTAPresentan, además, numerosas ventajas frente a los “liquid crystal displays” (LCD): menor consumo, mayor brillo, mayor ángulo de visión, y rápida respuesta.
En cuanto a las memorias fabricadas con nanotubos de carbono puden ser una alternativa interesante a las actuales memorias RAM de los ordenadores. Para empezar serían memorias no volátiles. Además, serían más rápidas, baratas, resistentes a la radiación, con una vida casi ilimitada, una gran capacidad de almacenamiento de datos y un menor consumo en relación a las actuales.
Imagen aparecida en 202.181.165.14/news.php?id=748Resumiendo, los nanotubos de carbono son la materia prima para el desarrollo de un gran número de aplicaciones: electrónica, sensores, instrumentación científica, fotónica, materiales, biotecnología y química, energía y mecánica. En electrónica destacan las pantallas planas que utilizan los nanotubos de carbono como emisores de campo. En sensores son los químicos y biológicos los que mayor partido sacarán de las propiedades de los nanotubos de carbono. En instrumentación científica, los microscopios de sonda de barrido mejorarán sus prestaciones gracias a la utilización de nanotubos de carbono como puntas de sonda. En fotónica mejorarán los dispositivos ya existentes al incorporar en ellos nanotubos de carbono y, además, éstos permitirán la aparición de otros nuevos que proporcionen a la fotónica total independencia respecto a la electrónica. Los materiales nanorreforzados con nanotubos de carbono son muy importantes porque, aparte de ser utilizados en estructuras que aprovechan las propiedades mecánicas de los nanotubos de carbono, son la base para otras aplicaciones que necesitan utilizar a los nanotubos encastrados en una matriz de otro material. En el campo de la biotecnología y la química la principal aplicación es la medicina donde los nanotubos de carbono plantean una extraordinaria revolución en distintas facetas, siendo la principal la administración de medicamentos que permitirá que las medicinas lleguen sólo a la zona exacta donde tienen que actuar, aumentando su eficacia y disminuyendo los efectos secundarios. En energía las pilas de combustible pueden beneficiarse de la utilización de los nanotubos de carbono, incluyendo el almacenamiento de hidrógeno, aunque estos también ofrecen oportunidades de mejora en baterías de ion litio, supercondensadores y células solares. Por último en mecánica destacan los NEMS (NanoElectroMechanical Systems), pequeños dispositivos electro-mecánicos de dimensiones nanométricas que se emplean sobre todo como sensores y actuadores, a los que los nanotubos de carbono tienen mucho que aportar.
El número de referencias científicas, proyectos y patentes que tratan sobre aplicaciones de los nanotubos de carbono muestran, en general, una tendencia ascendente durante los últimos años. Si hablamos de países, es EE.UU. el que destaca en cuanto a número de documentos, pero si consideramos regiones es Asia el continente que mayor interés demuestra en el tema, destacando China, Corea y Japón. El mercado de las aplicaciones de los nanotubos de carbono es muy incipiente. Se comercializan ya productos elaborados con materiales compuestos que incorporan nanotubos de carbono, como raquetas de tenis, bates de beisbol, y diversos materiales deportivos que aprovechan la resistencia y la ligereza de los nanotubos de carbono transferida al compuesto del que forman parte. Sin embargo el resto de las aplicaciones no parecen estar todavía comercializadas, si bien se espera que muchas de ellas irán apareciendo en el mercado paulatinamente. Es de esperar que la electrónica sea la siguiente aplicación que, incorporando nanotubos de carbono, revolucione el mercado ofreciendo velocidad, miniaturización y larga vida útil. Numerosas empresas han hecho públicos distintos prototipos electrónicos, sobre todo de pantallas planas, pero aún no han dado el salto definitivo a su producción industrial. Aunque los sensores biológicos y químicos son un tema muy estudiado, su comercialización no parece tan cercana. El sector energético también parece muy prometedor con un enorme mercado potencial, pero la utilización de nanotubos de carbono en este tema todavía tiene que madurar más. La medicina también es una aplicación prometedora, pero muy poco madura. Las aplicaciones en mecánica, fotónica e instrumentación científica también necesitan más maduración.
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