Nanotubo de carbono

Se pueden visualizar como láminas bidimensionales de grafeno enrolladas para formar un cilindro hueco.

Abrahamson caracterizó estas fibras y propuso una hipótesis para su crecimiento en atmósfera de nitrógeno a bajas presiones.

Dado que la longitud de los enlaces carbono-carbono es más o menos fija, el diámetro del cilindro y las posiciones de los átomos sobre él no son arbitrarios, sino que están restringidos a ciertos valores.

Las configuraciones en zigzag y de sillón no son las únicas conformaciones que puede adoptar un nanotubo de pared simple; la estructura de un tubo infinitamente largo, se puede representar como secciones imaginarias formadas mediante un corte paralelo a su eje que atraviesa un átomo A; las secciones se superponen sobre la estructura formada por una hoja plana grafeno de modo que los átomos y enlaces coincidan.

Entonces, para cualquier otro átomo A2 con la misma clase que A1, el vector de A1 a A2 se puede escribir como una combinación lineal

, comprendido entre 0 (inclusive) y 60° (exclusive) en el sentido de las agujas del reloj.

Puesto que los enantiómeros tienen la misma estructura, se pueden considerar solo los tipos (

, que puede adoptar valores entre 0 y 30°, se denomina «ángulo quiral» del nanotubo.

tienen valores extremadamente bajos, la estructura de la molécula no es tubular y en varios casos ni siquiera es estable.

Por ejemplo, la estructura definida por el par (1,0), del tipo zigzag, es simplemente una cadena de carbonos; tal molécula existe en realidad: se denomina carbino y comparte algunas propiedades con los nanotubos —como la hibridación orbital y una alta resistencia a la tracción, entre otras—, pero no tiene un espacio hueco en su interior y es posible que no se pueda sintetizar como una fase condensada.

[18]​ Desde entonces, se han sintetizado otras moléculas pequeñas formadas por nanotubos de carbono.

Los nanotubos de pared múltiple pueden adoptar dos estructuras diferentes, caracterizadas por sendos modelos.

En los nanotubos de pared doble, solo la capa externa se ve afectada.

analizaron las propiedades electrónicas teóricas de tales uniones y señalaron que una conexión entre un tubo metálico y uno semiconductor representaría una heterounión a nanoescala, que podría fromar parte de un circuito electrónico basado en nanotubos.

[37]​ En materiales compuestos, las moléculas de fullereno adjuntas pueden funcionar como anclajes moleculares que evitan el deslizamiento de los nanotubos, mejorando así las propiedades mecánicas del compuesto.

[47]​ En 1999, Hiromichi Kataura introdujo un gráfico basado en estos cálculos para explicar resultados experimentales.

[52]​ También son bastante blandos en la dirección radial e incluso las fuerzas de Van der Waals entre dos nanotubos adyacentes pueden deformarlos.

[cita requerida] A diferencia del grafeno, que es un semimetal bidimensional, los nanotubos de carbono son pueden comportarse como metales o semiconductores a lo largo del eje tubular dependiendo de su estructura.

Igualmente, nanotubos en zigzag y quirales de diámetro pequeño tienen una banda prohibida y no se comportan como metales, aunque esta excepción no se aplica a los nanotupos en sillón.

Debido a la sección transversal del orden de nanómetros, los electrones se propagan solo a lo largo del eje de los nanotubos, por lo que se denominan «conductores unidimensionales».

[65]​ Los nanotubos de carbono emiten radiación infrarroja bajo excitación eléctrica y exhiben fotoconductividad.

Otras aplicaciones basadas en las características ópticas son los dispositivos bolométricos[69]​ y de memoria optoelectrónica.

En los ensamblajes macroscópicos de nanotubos, como películas o fibras, se han medido hasta 1500 W·m-1·K-1.

[79]​ Las propiedades térmicas de los nanotubos también pueden modificarse encapsulando metales o gases en su interior.

[82]​ La mayoría de estos procesos tienen lugar en vacío o, en los métodos que utilizan un gas, en presencia del mismo.

Un problema asociado a este método es la alta variabilidad en las características de los nanotubos.

[84]​ El proceso HiPCO tiene potencial para producir nanotubos de carbono más viables comercialmente.

[123]​ Las interacciones biológicas de los nanotubos no se comprenden bien y el campo está abierto a estudios toxicológicos continuos.

[125]​ Agencias como el Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) de EE.

UU. or la Agencia del Medio Ambiente Laboral sueca (Arbetsmiljöverket) han publicado boletines que detallan los peligros potenciales y el límite de exposición recomendado para las fibras y los nanotubos de carbono.