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La nanotecnología permite reciclar gracias a los nanotubos de carbono, energía eléctrica: un invento muy ahorrador

18/05/2011 11:55 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

La tecnología "diminuta" tiene una aplicación más, el ahorro de energía privada e industrial. El científico Dr. Long Que ha inventado un sistema para reciclar energía que antes se perdía

Los nanotubos de carbono (NTC) probablemente han existido desde mucho antes de que nos diéramos cuenta, y pueden haber sido hechos durante varios procesos de combustión de carbón y de deposición de vapor, pero la microscopia electrónica de ese tiempo no estaba lo suficientemente avanzada para poder distinguirlos.

Los nanotubos de carbono (NTC’s) fueron descubiertos en 1991 por Sumio Lijima, quien trabajando en un microscopio electrónico, observó la existencia de moléculas tubulares en el hollín formado a partir de las descargas de arco eléctrico, empleando grafito. El precursor de esos nanotubos es el fuereño. Los fulerenos son una forma alotrópica del carbono. Fueron descubiertos accidentalmente por los grupos de Smalley y Kroto en 1985, siendo galardonado su descubrimiento con el premio Nóbel de química en 1996. El intento de producir fulerenos dopados con metales resultó en el descubrimiento de los nanotubos, que fueron inicialmente denominados Buckytubes. Los nanotubos obtenidos eran cilindros cerrados en los extremos por un casquete esférico con la estructura de un fulereno. Estos nanotubos presentaban diferentes estructuras en función de la orientación de los hexágonos del grafeno respecto del eje.

Desde entonces, ha habido una intensa actividad científica relacionada a la síntesis y propiedades de los Nanotubos de carbono, así como también de sus aplicaciones en varias áreas de la ciencia. De hecho, esos nanotubos representan uno de los mejores ejemplos de las nanoestructuras, derivadas del progreso de la síntesis química de nuevos materiales. Es importante destacar, que poseen además una composición química y configuración atómica sencilla, sin embargo, dentro de los nanomateriales conocidos hasta hoy día éstos exhiben, posiblemente, la más vasta diversidad y riqueza en relación a sus estructuras y propiedades itrínsecas.

El invento del Dr. Long Que, los conductores y los semiconductores

Este invento del Dr. Long Que confirma la gran versatilidad de los nanotubos aunque también su gran complejidad electrónica, si tenemos en cuenta las reglas cuánticas que rigen la conductividad eléctrica con el tamaño y la geometría de éstos. Estas estructuras pueden mostrarse, desde un punto de vista eléctrico, en un amplio margen de comportamiento, comenzando por su alta calidad como semiconductor hasta presentar, en algunos casos, una auténtica superconductividad.

Este amplio margen de conductividades viene dado por relaciones fundamentalmente geométricas, es decir, en función de su diámetro, torsión (quiralidad) y el número de capas de su composición. Así, por ejemplo, existen nanotubos rectos (armchair y zigzag) en los que las disposiciones hexagonales, en las partes extremas del tubo, son siempre paralelas al eje. Esta distribución, en función del diámetro, permite que dos tercios de los nanotubos no quirales sean conductores y el resto semiconductores.

En el caso de los nanotubos quirales, los hexágonos tienen un cierto ángulo con respecto al eje del tubo, es decir, la distribución de los hexágonos laterales que conforman la estructura presenta con respecto al eje central del tubo un enrollamiento de carácter helicoide. Este tipo de conformación dificulta el paso de los electrones a los estados o bandas de conducción, por lo que, aproximadamente, tan sólo un tercio de los nanotubos presenta conducción apreciable y siempre en función del ángulo de torsión.

Hay que destacar que los nanotubos superconductores se podrían utilizar para el estudio de efectos cuánticos fundamentales en una dimensión, así como para la búsqueda de aplicaciones prácticas en la informática cuántica molecular.

Esto es debido a que pueden actuar como “conductores cuánticos”, es decir, si se representa el voltaje, o diferencia de potencial frente a la intensidad de corriente no se obtiene una línea recta, sino escalonada. Como se ha dejado entrever, estas estructuras tienen multitud de propiedades eléctricas. En cuanto a la capacidad para transportar corriente, se sabe que puede llegar a cantidades de, aproximadamente, mil millones de A/cm2, mientras que los alambres de cobre convencionales se funden al llegar a densidades de corriente del orden del millón de A/cm2. Conviene precisar que todas estas propiedades no dependen del largo del tubo, a diferencia de lo que ocurre en los cables de uso cotidiano.

Gracias a los nanotubos de carbono, se ha inventado un dispositivo capaz de recuperar, reciclar y almacenar la energía gastada por sistemas electrónicos… Esta idea revolucionaria acaba de ser desarrollada por el equipo de Long Que, conocido científico de ingeniería eléctrica de la Universidad Technologica de Luisiana (Lousianna Tech University)

El prototipo se compone de un mando de material "piezoeléctrico" (es decir, capaz de convertir una tensión mecánica en tensión eléctrica) recubierta de una delgada película de nanotubos de carbono. La absorción de calor por por la finísima película fuerza al mando a retorcerse electrónicamente... y a emitir corriente eléctrica. Esta la recuperan unos electrodos de niquel especiales y luego la vuelven a reinvestir en el dispositivo electrónico emisor de calor... ¿Significa eso en cierto modo transgredir los principios de la norma que prohíbe en la practica los ciclos perpetuos?. Long Que no lo pretende.

Lo que ha intentado con éxito es ahorrar energía y limitar su consumo, prolongando así su autonomía. Más todavía, el captador piezoeléctrico puede igualmente captar y convertir la luz. Extrae del golpe de la energía del medio ambiente para hacer autónomos pequeños sistemas electrónicos como microcaptadores de dispositivos biomédicos y de microcircuitos de telecomunicaciones.

Es decir, existe un gran número de posibilidades en los tipos de moléculas de Nanoconductores de carbono que pueden ser obtenidos, ya que cada serie de esos nuevos materiales puede presentar propiedades físicas distintas a otros nano conductores preparados en condiciones diferentes. En este sentido, la síntesis controlada de nanotubos de carbono abre interesantes oportunidades en el campo de la nanotecnología, dado que es una forma de controlar también sus propiedades eléctricas y mecánicas. Por ejemplo, la funcionalización química de esos nanos permite su empleo como catalizadores, sensores moleculares y aún sirviendo como interfase en sistemas biológicos.

El nanotubo de carbón más largo del mundo

Científicos de la Universidad de California e investigando en Los Alamos National Laboratory en colaboración con otros científicos de la Universidad de Duke han logrado crear el nanotubo de carbono de una sola capa más largo del mundo. El nanotubo en cuestión mide cuatro centímetros. Hasta este último avance, la máxima longitud de los nanotubos de carbono era solo unos milímetros.

Ese tipo de nanotubos con una única capa tienen multitudes de usos revolucionarios. Se les puede utilizar para crear fibras que

son 10 veces más fuertes que otros materiales etc. Pero este nuevo avance que ha permitido desarrollar nanotubos más largos permitirá la creación de nuevos tipos de sistemas electro-mecánicos a nanoescala, como por ejemplo motores micro-eléctricos, diodos a nanoescala y cable nanoconductor para cablear micro aparatos electrónicos.

Los científicos han utilizado un proceso llamado "catalytic chemical vapor deposition" (deposición catalítica química de vapor) utilizando vapor de etanol (alcohol etílico).


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