En nanotecnología , un nanobrote de carbono es un material que combina nanotubos de carbono y fulerenos esferoidales , ambos alótropos del carbono , formando " brotes " adheridos a los tubos. Los nanobrotes de carbono se descubrieron y sintetizaron en 2006. [2]
En este material, los fulerenos se unen mediante enlaces covalentes a las paredes laterales externas del nanotubo subyacente. En consecuencia, los nanobrotes presentan propiedades de nanotubos de carbono y fulerenos. Las propiedades mecánicas y la conductividad eléctrica de los nanobrotes son similares a las de los nanotubos de carbono. [3] [4] [5]
Canatu Oy, una empresa finlandesa, reclama los derechos de propiedad intelectual de nanobuds, sus procesos de síntesis y varias aplicaciones. [6]
Los nanotubos de carbono (CNB) tienen algunas de las propiedades de los nanotubos de carbono , como la conductividad eléctrica unidimensional, la flexibilidad y la adaptabilidad de fabricación, así como algunas de las propiedades químicas de los fulerenos . Algunos ejemplos de estas propiedades incluyen la capacidad de participar en reacciones de cicloadición y pueden formar fácilmente enlaces químicos capaces de unirse a otras moléculas con estructuras complejas. Los CNB tienen una actividad química mucho mayor que los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT). [7]
Se ha demostrado que los CNB tienen propiedades electrónicas que difieren de las de los fulerenos y los nanotubos de carbono (CNT). Los CNB presentan umbrales de campo más bajos, densidades de corriente más altas y emisiones de campo eléctrico que los SWCNT. Los enlaces químicos entre la pared del nanotubo y los fulerenos en la superficie pueden provocar una transferencia de carga entre las superficies. La presencia de fulerenos en los CNB conduce a una formación de haces más pequeños y una mayor reactividad química. [8] Los CNB pueden participar en reacciones de cicloadición y formar enlaces químicos que unen moléculas con estructuras complejas, debido a la mayor disponibilidad de la superficie del CNB para los reactivos, la presencia de una estructura π-conjugada y anillos de 5 átomos con exceso de energía de pirimidización. [9] La energía de formación indicó que la preparación de los CNB es endotérmica , lo que significa que no es favorable para su creación. [10]
Todos los CNB pueden conducir electricidad , independientemente de si el CNT de pared simple es una base metálica o semiconductora . La brecha de banda de los nanobrotes de carbono no es constante. Puede cambiar a través del tamaño del grupo fulereno. [7] La unión de C 60 agregada a la orientación de sillón del SWCNT abre la brecha de banda . Por otro lado, agregarlo a un SWCNT semiconductor podría introducir estados de impurezas en la brecha de banda, lo que reduciría la brecha de banda. La brecha de banda de los CNB también se puede modificar cambiando la densidad de los carbonos del C 60 unido a la pared lateral del SWCNT. [11]
Dos estructuras de los CNB son ferromagnéticas en su estado fundamental, y dos son no magnéticas. [12] La molécula C 60 adherida a la superficie de los CNT proporciona más espacio entre los nanotubos y la adhesión entre los CNTS de pared simple se puede debilitar para evitar la formación de haces apretados de CNT. [7] Los nanobrotes de carbono se pueden utilizar como soporte molecular para evitar que la matriz se deslice hacia los materiales compuestos y aumentar su resistencia mecánica. [8]
La estabilidad de los CNB depende del tipo de enlace de carbono que se disocia en la cicloadición. Se ha demostrado que los átomos de carbono del SWCNT cerca de la molécula C 60 del fulereno fueron extraídos hacia afuera de la superficie de la pared original debido al enlace covalente con cicloadición entre el fulereno y el nanotubo; además, su enlace se transformó de hibridación sp 2 a sp 3. [8] Un análisis utilizando espectroscopia de dispersión Raman muestra que la muestra de CNB tuvo una modificación química más fuerte en comparación con los CNT. Indica que hay una hibridación sp 3 del carbono que ocurre después de la creación de la adición química de los CNB. [7]
Los nanotubos de carbono de pared simple pueden reaccionar con fulerenos en presencia de vapor de agua o dióxido de carbono. Producen un material unido mediante enlaces covalentes que se parece a los brotes de una rama de árbol, de ahí el nombre "Nanobud". [9]
Los nanobrotes se forman en abundancia a concentraciones de 45 ppm de vapor de agua o más. Sin embargo, por encima de 365 ppm, la reacción dará lugar a una mayor cantidad de partículas de catalizador inactivas en lugar de los nanobrotes. [9]
