La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas

INTRODUCCIÓN

Los grandes avances de la ciencia nos han permitido a los seres humanos facilitar nuestras actividades diarias, mejorar nuestra calidad de vida, hacer mejoras en nuestros productos de uso cotidiano, etcétera. Si bien es cierto, la química es de gran importancia en todos éstos avances ya que como ejemplo podemos citar algunos de los avances más espectaculares de los años recientes: los polímeros, los transistores, el rayo láser o la fibra óptica.

 Los elementos químicos los tenemos presentes en el día a día y más los elementos representativos que son los que encontramos en mayor proporción: El carbono es uno de estos elementos, por lo que es de gran importancia conocer las utilidades que tiene y los avances tecnológicos relacionados.

OBJETIVOS

*General:

-Ampliar el conocimiento que se tiene del tema.

*Particulares:

-Búsqueda de información relacionada con el tema.

-Seleccionar la información (depuración).

-Analizar la información y después sintetizarla.

- Elaboración del documento para su elaboración.

*Antecedentes
La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican al nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas denominadas "nanos" que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos.

La nanociencia es el estudio del control de sistemas cuyo tamaño es de unos pocos nanómetros (1-100). Un nanómetro (nm) es 10-9 metros, alrededor de 10 átomos de hidrógeno. "Nano" es un prefijo griego que significa "mil millones" (una mil millonésima parte de un metro es la unidad de medida que se usa en el
ámbito de la Nanotecnología). Un átomo es más pequeño que un nanómetro, pero una molécula puede ser mayor.

Tabla1. Antecedentes históricos de la nanotecnología

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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 Iijima, 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. Precursor de los NTC’s es el fulereno, 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 Buckytubos. 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.

*Tipos de nanotubos de carbono

Los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT – Single Wall Carbon Nanotubes) están constituidos por átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal cilíndrica, de forma que su estructura es la misma que se obtendría si se enrollara sobre sí misma una lámina de grafito. Sus extremos pueden estar cerrados por media esfera de fulereno o pueden estar abiertos. Los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT – Multiwall Carbon Nanotubes) tienen una estructura similar a varios SWCNT concéntricos con diferentes diámetros. En ambos casos su principal característica, que dará lugar a un buen número de propiedades excepcionales, es que muestran una relación longitud/diámetro muy elevada: su diámetro es del orden de los nanómetros y su longitud puede variar desde unas micras hasta milímetros e incluso algunos centímetros. Los MWCNT fueron descubiertos en 1991 por Sumio Iijima, un ingeniero japonés de la empresa NEC. Desde el principio mostraron importantes efectos cuánticos debidos a su estructura casi unidimensional, lo que incentivó a numerosos científicos a trabajar en ellos. Los SWCNT se descubrieron dos años después por el grupo de Iijima en NEC y por otro grupo en el IBM Almaden Laboratory.

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Figura 1. Diversas estructuras del carbono.

*Métodos de fabricación

Proyecto en desarrollo

En el Área de Química de Materiales, del Departamento de Ciencias Básicas, División de CBI de la UAM-A, se desarrolla el proyecto “Nanotubos de carbono a partir de la descomposición de hidrocarburos en metales incorporados a sólidos mesoporosos y sus propiedades texturales en la adsorción de hidrógeno”, cuyo objetivo es aplicar los NTC’s dentro de las tecnologías limpias al implementar el hidrógeno como combustible, dado que este gas es considerado como un medio ideal de energía para reemplazar el uso de combustibles fósiles. Sin embargo, su uso se ve limitado debido a problemas relacionados con su almacenamiento; para usos prácticos el hidrógeno, además de inseguro, tiene que ser comprimido o licuado lo que eleva los costos. Actualmente, se ha demostrado que los procesos de adsorción para el almacenamiento de hidrógeno son los más prometedores, debido a que son más seguros y eficientes. En ese sentido se están desarrollando diversos materiales, y se sabe que los nanotubos de carbono poseen excelente desempeño para almacenar el hidrógeno.

Método de obtención de NTC’s seleccionado

Actualmente, los métodos por erosión Láser y CVD son los usados principalmente para obtener pequeñas cantidades de NTC de alta calidad. No obstante, ambos métodos tienen sus inconvenientes. El primero es que involucra la evaporación de la fuente de carbono, por lo que aún no está claro cómo se pueden producir a nivel industrial de esta manera. El segundo problema es el hecho de que los métodos de vaporización hacen crecer NTC en formas desordenadas, mezclados con formas indeseadas de carbono y/o especies metálicas. De tal forma que, los NTC así producidos son difíciles de purificar, manejar y ensamblar para construir dispositivos y estructuras de nanotubos para aplicaciones prácticas.

Método de deposición química en vapor (CVD)

El método de deposición química en vapor de hidrocarburos, sobre un catalizador metálico es el método clásico que se ha utilizado para producir varios materiales de carbono tales como fibras y filamentos durante más de veinte años. En este sentido se han hecho muchos esfuerzos por adaptarlo con el fin de producir grandes cantidades de NTC, vía la CVD catalítica. Si bien este método se visualiza como el más promisorio para la obtención de este tipo de materiales, no existe sin embargo, hasta el momento ningún método que produzca nanotubos de carbono a granel, de número de paredes controlado, con diámetros y quiralidad uniforme. Por ello, el presente trabajo propuso el estudio de la síntesis de NTC’s, por medio del método de deposición química en vapor, utilizando como catalizadores materiales mesoestructurados tipo MSM, SBA modificados con cationes metálicos, así también los compuestos tipo hidrotalcita multimetálicas como precursores óxidos metálicos mixtos homogéneos, con el fin de aprovechar las características particulares de cada uno de ellos y su repercusión en las propiedades finales de los NTC’s. De igual forma, se contempla la variación de las fuentes de carbón, se tiene considerado en primera instancia el uso de alcanos, naftenos y resinas epóxicas, entre otras. En particular se ha iniciado la investigación con etileno y propileno y mezcla de los mismos con hidrógeno.

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