Un nanotubo no carbonado es una molécula cilíndrica compuesta a menudo de óxidos metálicos o nitruros del grupo III [1] [2] y morfológicamente similar a un nanotubo de carbono . Se ha observado que los nanotubos no carbonados se encuentran de forma natural en algunos depósitos minerales. [3]
Unos años después de que Linus Pauling mencionara la posibilidad de que existieran capas curvas en los minerales en 1930, [4] se demostró que algunos minerales como el amianto blanco (o crisotilo) [5] y la imogolita [6] tenían una estructura tubular. Sin embargo, los primeros nanotubos sintéticos no carbonados no aparecieron hasta que Reshef Tenne et al. informaron sobre la síntesis de nanotubos compuestos de disulfuro de tungsteno (WS 2 ) en 1992. [7]
En los años transcurridos desde entonces, se han sintetizado nanotubos de muchos materiales no carbonados, como el óxido de vanadio y el óxido de manganeso , y se están investigando para aplicaciones como catalizadores redox y materiales de cátodo para baterías.
Los nanotubos no carbonados son morfológicamente similares a los nanotubos carbonados y se observan en algunos depósitos minerales de origen natural. [8] Las estructuras sintéticas de este tipo fueron reportadas por primera vez por el grupo de Reshef Tenne en 1992. [7]
Los materiales típicos de nanotubos no carbonados son sólidos en capas 2D como el sulfuro de tungsteno (IV) (WS 2 ), el disulfuro de molibdeno (MoS 2 ) y el sulfuro de estaño (IV) (SnS 2 ). [9] Los nanotubos de WS 2 y SnS 2 / sulfuro de estaño (II) (SnS) se han sintetizado en cantidades macroscópicas. [10] [11] Sin embargo, las cerámicas tradicionales como el dióxido de titanio (TiO 2 ), el dióxido de circonio [12] (ZrO 2 ) y el óxido de zinc (ZnO) también forman nanotubos no carbonados. [13] Los materiales de nanotubos y nanocables más recientes son los metales de transición / calcógeno / halógenos (TMCH), descritos por la fórmula TM 6 C y H z , donde TM es metal de transición ( molibdeno , tungsteno , tantalio , niobio ), C es calcógeno ( azufre , selenio , telurio), H es halógeno ( yodo ), y la composición está dada por 8.2<(y+z)<10. Los tubos TMCH pueden tener un diámetro subnanómetro, longitudes ajustables desde cientos de nanómetros a decenas de micrómetros y muestran una excelente dispersividad debido al acoplamiento mecánico extremadamente débil entre los tubos. [14]
En 2007, científicos chinos anunciaron la creación en el laboratorio de nanotubos de cobre y bismuto . [15]
Los nanotubos no carbonados son un material alternativo a los nanotubos de carbono mejor explorados, mostrando ventajas tales como fácil acceso sintético y alta cristalinidad , [16] buena uniformidad y dispersión , conductividad eléctrica predefinida dependiendo de la composición del material de partida y morfología en forma de aguja, buena adhesión a una serie de polímeros y alta resistencia al impacto. [17] Por lo tanto, son candidatos prometedores como rellenos para compuestos poliméricos con propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas mejoradas. Las aplicaciones objetivo para este tipo de compuestos son materiales para la gestión del calor, disipadores electrostáticos, materiales de protección contra el desgaste , elementos fotovoltaicos , etc. Los nanotubos no carbonados son más pesados que los nanotubos de carbono y no tan fuertes bajo tensión de tracción , pero son particularmente fuertes bajo compresión, lo que lleva a aplicaciones potenciales en aplicaciones resistentes al impacto como chalecos antibalas . [18] [19]
La resistencia mecánica de las fibras de celulosa se puede aumentar en un orden de magnitud añadiendo sólo un 0,1 % en peso de nanotubos de TMCH, y las mediciones de la conductividad eléctrica de la policaprolactona dopada con nanotubos de TMCH revelaron un comportamiento percolativo con un umbral de percolación extremadamente bajo . [20] La adición de nanotubos WS 2 a la resina epoxi mejoró la adhesión , la tenacidad a la fractura y la tasa de liberación de energía de deformación. El desgaste del epoxi reforzado con nanotubos fue ocho veces menor que el del epoxi puro. [21] Los nanotubos WS 2 también se incrustaron en una matriz de nanofibras de poli(metilmetacrilato) (PMMA) mediante electrohilado. Los nanotubos estaban bien dispersos y alineados a lo largo del eje de la fibra. La rigidez y tenacidad mejoradas de las mallas de fibra de PMMA mediante la adición de nanotubos sin carbono pueden tener aplicaciones potenciales como materiales que absorben el impacto. [22]
Las propiedades ópticas de los híbridos de punto cuántico semiconductor y nanotubos no carbonados revelan una transferencia de energía resonante eficiente desde el punto cuántico a los nanotubos no carbonados tras la fotoexcitación. Los nanodispositivos basados en nanomateriales unidimensionales están pensados para sistemas electrónicos y fotoelectrónicos de próxima generación que tienen un tamaño pequeño, una velocidad de transporte más rápida, una mayor eficiencia y un menor consumo de energía. Se ha preparado en el laboratorio un fotodetector de alta velocidad para luz visible e infrarroja cercana basado en nanotubos WS 2 individuales . Los nanotubos no carbonados son huecos y se pueden rellenar con otro material, para preservarlos o guiarlos a una ubicación deseada o generar nuevas propiedades en el material de relleno que está confinado dentro de un diámetro de escala nanométrica. Para este objetivo, se crearon híbridos de nanotubos no carbonados rellenando nanotubos WS 2 con sal fundida de plomo, antimonio o yoduro de bismuto mediante un proceso de humectación capilar, lo que dio como resultado nanotubos de núcleo-capa PbI 2 @WS 2 , SbI 3 @WS 2 o BiI 3 @WS 2 . [23]
Los nanotubos de disulfuro de tungsteno se han investigado como agentes de refuerzo para mejorar las propiedades mecánicas de los nanocompuestos poliméricos biodegradables para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos. [24] La adición de ~0,02 % en peso de nanotubos de disulfuro de tungsteno mejoró significativamente las propiedades mecánicas de compresión y flexión de los nanocompuestos de poli(fumarato de propileno), más que los nanotubos de carbono. Esto se atribuyó a una mayor dispersión de los nanotubos de disulfuro de tungsteno en la matriz de polímero, lo que permitió una transferencia de carga eficiente desde la matriz a la nanoestructura subyacente.
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