¿Para qué se usan los nanotubos de carbono?

La imagen a continuación, publicada en revistas intech open muestra el número de artículos publicados sobre nanotubos de carbono (CNT). Existe una enorme cantidad de investigación en curso relacionada con las CNT para usar sus propiedades multifuncionales extremadamente únicas y novedosas. El aumento del entusiasmo y la curiosidad en los materiales y estructuras multifuncionales se debe a la necesidad de desarrollar nuevos dispositivos / sistemas / materiales que realicen simultáneamente múltiples funciones. Por ejemplo, la introducción de CNT en ciertos compuestos de polímeros mejora sus propiedades mecánicas y características de amortiguación.

Aquí, estoy segregando las aplicaciones de CNT en dos áreas: estructural / mecánica y no estructural

Mejora de las propiedades estructurales:

  • Rigidez y resistencia
  • Resistencia al corte interlaminar
  • Estabilidad térmica / dimensional
  • Tenacidad a la fractura
  • Absorción de energía
  • Mojadura

Aplicaciones no estructurales:

  • Mejora de la conductividad eléctrica y térmica: los compuestos de polímeros (compuestos de fibra de vidrio y carbono) que se usan ampliamente en las estructuras de los aviones en la actualidad no son conductores y podrían dañarse con los rayos. La adición de CNT puede hacer que estos conductores eliminen la necesidad de agregar conductores metálicos, que son demasiado pesados ​​y pueden ser difíciles de reparar.
  • Conductividad térmica mejorada: la buena conductividad térmica de los compuestos es importante para enfriar los circuitos electrónicos y los sistemas de propulsión que pueden integrar CNT en compuestos convencionales.
  • Sintiendo
    • Sensores de deformación: los compuestos basados ​​en CNT son piezoresistivos, es decir , la resistencia cambia cuando se aplica una carga mecánica (deformación). Por lo tanto, el cambio en la resistencia se controla para detectar la tensión.
    • Sensores de gas / sensores biológicos
  • Recolección / almacenamiento de energía: La idea simple detrás de la recolección / almacenamiento de energía en relación con las estructuras multifuncionales es extraer energía del movimiento / deformación de una estructura huésped y convertirla en energía eléctrica que pueda almacenarse y usarse para otros fines.
  • Blindaje de interferencia electromagnética (EMI): los materiales metálicos conductores de electricidad tienen una excelente efectividad de blindaje, pero debido al peso reducido y otras propiedades deseables, los materiales no metálicos, como los polímeros y los compuestos de polímeros, se utilizan cada vez más para reemplazar los metales que pueden hacerse conductores usando CNT.

Referencias

Zarabadi-Poor, Pezhman y Alireza Badiei. “Síntesis de nanotubos de carbono utilizando sílices nanoporosas modificadas con metales”. Nanotubos de carbono: crecimiento y aplicaciones. M. Naraghi, editor. InTech: Rijeka (2011): 59-74.

SM Doshi y ET Thostenson, “Auto-sensing Carbon Nanotube Composites: Processing and Characterization”, en Plastics Design Library Handbooks – Multi-Functionality of Polymer Composites , Elsevier, Eds: K. Friedrich y U. Brewer (2014)

Thostenson, Erik T., Chunyu Li y Tsu-Wei Chou. “Nanocompuestos en contexto”. Composites Science and Technology 65.3 (2005): 491-516.

Gibson, Ronald F. “Una revisión de investigaciones recientes sobre la mecánica de materiales compuestos y estructuras multifuncionales”. Estructuras compuestas 92, no. 12 (2010): 2793-2810.

Nanoledge fabrica nanotubos de carbono para usos comerciales, uno de los cuales es un uso poco notable en una raqueta de tenis, fabricada por Babolat. El yugo de la raqueta se retuerce menos en medio del efecto de bola, lo que mejora la ejecución del jugador. Cuando organizaciones como Nanoledge pueden ampliar su creación de gramos, a libras, a toneladas, y pueden hacer eso mientras controlan el tipo de nanotubos que entregan, el mundo se convierte en su almeja: la calidad y el peso son un componente, por ejemplo, en las empresas comerciales de aviación, automóviles y aviones, tendrán un efecto.

Mi conocimiento de los nanotubos de carbono está un poco anticuado (dejé de seguir las actualizaciones hace dos años), pero aquí están mis pensamientos. Los nanotubos de carbono no tienen muchas aplicaciones comerciales, que yo sepa. Algunos problemas son que no puede hacerlos el tiempo suficiente, en cantidades lo suficientemente grandes, y lo más importante es que los nanotubos de carbono sintetizados a menudo vienen como una mezcla. Lo que quiero decir con mezcla es que algunos de los nanotubos de carbono tendrán buenas propiedades eléctricas, pero otros no, porque algunos nantubos de carbono tendrán paredes múltiples mientras que otros tienen paredes simples. Separar las mezclas de nanotubos de carbono para obtener solo el tipo con una propiedad deseada puede ser un desafío.

Uno puede funcionalizar nanotubos de carbono y usarlos como sensores moleculares o biológicos, o para construir pequeños circuitos eléctricos. También puede imaginarse incrustando nanotubos de carbono en materiales o en superficies para mejorar una propiedad de material particular. Los nanotubos de carbono también podrían cambiar la selectividad de las reacciones según el diámetro del tubo (¡nanorreactor de nanotubos de carbono!)

De hecho, los nanotubos de carbono tienen muchas propiedades eléctricas y térmicas interesantes que surgen debido a los efectos de confinamiento cuántico y su estructura electrónica, pero manipularlos para su uso en aplicaciones comercialmente viables ha resultado ser un gran desafío.