El buckypaper es una lámina delgada hecha de un agregado de nanotubos de carbono [1] o papel cuadriculado de nanotubos de carbono. Los nanotubos son aproximadamente 50.000 veces más delgados que un cabello humano. Originalmente, se fabricó como una forma de manipular nanotubos de carbono, pero varios grupos de investigación también lo están estudiando y desarrollando para aplicaciones que se muestran prometedoras como blindaje de vehículos , blindaje personal y electrónica y pantallas de próxima generación .
Fondo
El buckypaper es un agregado macroscópico de nanotubos de carbono (CNT), o "buckytubes". Debe su nombre al buckminsterfullereno , el fulereno de 60 carbonos (un alótropo del carbono con enlaces similares al que a veces se denomina "buckyball" en honor a R. Buckminster Fuller ). [1]
Síntesis
Los métodos generalmente aceptados para hacer películas de CNT implican el uso de surfactantes , como Triton X-100 [2] y lauril sulfato de sodio [3] , que mejora su dispersabilidad en solución acuosa. Estas suspensiones pueden luego filtrarse con membrana bajo presión positiva o negativa para producir películas uniformes. [4] La interacción de la fuerza de van der Waals entre la superficie del nanotubo y el surfactante a menudo puede ser mecánicamente fuerte y bastante estable y, por lo tanto, no hay garantías de que todo el surfactante se elimine de la película de CNT después de la formación. Se descubrió que el lavado con metanol, un solvente eficaz en la eliminación de Triton X, causa agrietamiento y deformación de la película. También se ha descubierto que Triton X puede provocar lisis celular y, a su vez, respuestas inflamatorias en los tejidos incluso a bajas concentraciones. [5]
Para evitar efectos secundarios adversos de la posible presencia de surfactantes, se puede utilizar un proceso de colada alternativo que implica un método de compresión de frita que no requiere el uso de surfactantes o modificación de la superficie. [6] Las dimensiones se pueden controlar a través del tamaño de la carcasa de la jeringa y a través de la masa de nanotubos de carbono añadidos. Sus espesores son típicamente mucho mayores que los del buckypaper colado con surfactante y se han sintetizado desde 120 μm hasta 650 μm; si bien no existe un sistema de nomenclatura para regular los espesores de las muestras que se clasifican como papel, las muestras con espesores superiores a 500 μm se denominan buckydiscs. El método de compresión de frita permite una colada rápida de buckypaper y buckydiscs con recuperación del disolvente de colada y control sobre la geometría 2D y 3D.
El crecimiento de nanotubos de carbono multipared alineados (MWNT) se ha utilizado en la síntesis de películas de CNT a través del efecto dominó . [7] En este proceso, los "bosques" de MWNT se empujan en una sola dirección, comprimiendo su orientación vertical en el plano horizontal, lo que da como resultado la formación de buckypaper de alta pureza sin necesidad de purificación o tratamiento adicional. En comparación, cuando se formó una muestra de buckypaper a partir de la compresión de 1 tonelada de polvo de MWNT generado por deposición química en fase de vapor (CVD), cualquier aplicación de un disolvente provocó el hinchamiento inmediato de la película hasta que se convirtió en materia particulada. Parece que para el polvo de CNT utilizado, la compresión por sí sola fue insuficiente para generar buckypaper robusto y destaca que la metodología de crecimiento alineado genera interacciones tubo-tubo in situ que no se encuentran en el polvo de CNT por CVD y se conservan hasta la formación del buckypaper mediante empuje en dominó.
Recientemente, [8] se ha desarrollado un nuevo método escalable de fabricación de películas de CNT: la técnica de colada en cinta diseñada para la superficie (SETC). La técnica SETC resuelve el principal desafío de la colada en cinta, que es el desprendimiento de la película de CNT seca y típicamente pegajosa del sustrato de soporte. Para lograr una película desprendida perfecta, el sustrato de soporte debe diseñarse con una morfología de estructura de poros de micropirámide. SETC produce películas de gran área a partir de cualquier nanotubo de carbono disponible comercialmente con longitud, espesor, densidad y composición ajustables.
Propiedades
Ensayo comparativo de llama de aviones fabricados con celulosa , buckypaper de carbono y buckypaper de nanotubos de nitruro de boro inorgánico . [9]
El buckypaper pesa una décima parte del acero pero es potencialmente 500 veces más fuerte cuando sus láminas se apilan para formar un compuesto. [1] Podría dispersar el calor como el latón o el acero y podría conducir electricidad como el cobre o el silicio. [1]
Aplicaciones
Entre los posibles usos del buckypaper que se están investigando:
Protección contra incendios: cubrir el material con una fina capa de buckypaper mejora significativamente su resistencia al fuego debido a la eficiente reflexión del calor por la capa densa y compacta de nanotubos de carbono o fibras de carbono. [10]
Si se expone a una carga eléctrica , el papel bucky se podría utilizar para iluminar pantallas de ordenadores y televisores. Podría ser más eficiente energéticamente, más ligero y permitir un nivel de brillo más uniforme que la tecnología actual de tubos de rayos catódicos (CRT) y pantallas de cristal líquido (LCD).
Dado que los nanotubos de carbono individuales son uno de los materiales más conductores térmicos que se conocen, el buckypaper se presta al desarrollo de disipadores de calor que permitirían a las computadoras y otros equipos electrónicos dispersar el calor de manera más eficiente de lo que es posible actualmente. Esto, a su vez, podría conducir a avances aún mayores en la miniaturización electrónica.
Las películas también podrían proteger los circuitos y dispositivos electrónicos de los aviones contra las interferencias electromagnéticas , que pueden dañar el equipo y alterar la configuración. De manera similar, estas películas podrían permitir que los aviones militares protejan sus "firmas" electromagnéticas, que pueden detectarse mediante radar.
El papel bucky podría actuar como una membrana filtrante para atrapar micropartículas en el aire o en un fluido. Debido a que los nanotubos del papel bucky son insolubles y pueden funcionalizarse con una variedad de grupos funcionales, pueden eliminar compuestos de forma selectiva o pueden actuar como un sensor.
Producidos en cantidades suficientemente altas y a un precio económicamente viable, los compuestos de buckypaper podrían servir como un blindaje eficaz.
El buckypaper se puede utilizar para hacer crecer tejido biológico, como células nerviosas. El buckypaper se puede electrificar o funcionalizar para estimular el crecimiento de tipos específicos de células.
El coeficiente de Poisson del buckypaper de nanotubos de carbono se puede controlar y ha mostrado un comportamiento auxético , capaz de usarse como músculos artificiales.
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Enlaces externos
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Buckypaper .
El "buckypaper" de un investigador de la FSU es más resistente que el acero y pesa una fracción del mismo Barry Ray FSU 2015-05-03
Investigación en reseñas: buckypaper - Paper Promise Don Wood, FSU
