Buckypaper es una hoja delgada hecha de un agregado de nanotubos de carbono [1] o papel cuadriculado de nanotubos de carbono. Los nanotubos son aproximadamente 50.000 veces más delgados que un cabello humano. Originalmente, se fabricó como una forma de manejar nanotubos de carbono, pero también está siendo estudiado y desarrollado en aplicaciones por varios grupos de investigación, lo que se muestra prometedor como blindaje de vehículos , blindaje personal y electrónica y pantallas de próxima generación .
Fondo
Buckypaper es un agregado macroscópico de nanotubos de carbono (CNT) o "buckytubes". Debe su nombre al buckminsterfullereno , el fullereno de 60 carbonos (un alótropo del carbono con un enlace similar que a veces se denomina "Buckyball" en honor a R. Buckminster Fuller ). [1]
Síntesis
Los métodos generalmente aceptados para fabricar películas de CNT implican el uso de tensioactivos no iónicos , como Triton X-100 [2] y lauril sulfato de sodio , [3] que mejora su dispersabilidad en solución acuosa. A continuación, estas suspensiones se pueden filtrar con membrana a presión positiva o negativa para producir películas uniformes. [4] La interacción de la fuerza de van der Waals entre la superficie del nanotubo y el tensioactivo a menudo puede ser mecánicamente fuerte y bastante estable y, por lo tanto, no hay garantías de que todo el tensioactivo se elimine de la película de CNT después de la formación. Se descubrió que el lavado con metanol, un disolvente eficaz en la eliminación de Triton X, provoca el agrietamiento y la deformación de la película. También se ha descubierto que Triton X puede provocar lisis celular y, a su vez, respuestas inflamatorias tisulares incluso a bajas concentraciones. [5]
Para evitar los efectos secundarios adversos de la posible presencia de tensioactivos, se puede utilizar un proceso de fundición alternativo que implique un método de compresión de frita que no requiera el uso de tensioactivos o modificación de la superficie. [6] Las dimensiones se pueden controlar mediante el tamaño de la carcasa de la jeringa y mediante la masa de nanotubos de carbono añadidos. Sus espesores suelen ser mucho mayores que los del papel bucky fundido con tensioactivo y se han sintetizado desde 120 µm hasta 650 µm; Si bien no existe un sistema de nomenclatura que regule los espesores de las muestras que se clasificarán como papel, las muestras con espesores superiores a 500 μm se denominan discos buckidiscos. El método de compresión de frita permite la colada rápida de buckypaper y buckydiscs con recuperación del disolvente de colada y control sobre la geometría 2D y 3D.
El crecimiento alineado de nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWNT) se ha utilizado en la síntesis de películas de CNT a través del efecto dominó . [7] En este proceso, los "bosques" de MWNT se aplanan en una sola dirección, comprimiendo su orientación vertical en el plano horizontal, lo que da como resultado la formación de papel bucky de alta pureza sin necesidad de purificación o tratamiento adicional. En comparación, cuando se formó una muestra de papel bucky a partir de la compresión de 1 tonelada de polvo MWNT generado por deposición de vapor químico (CVD), cualquier aplicación de un disolvente condujo al hinchamiento inmediato de la película hasta que se convirtió en material particulado. Parece que para el polvo de CNT utilizado, la compresión por sí sola fue insuficiente para generar papel bucky robusto y destaca que la metodología de crecimiento alineado genera interacciones tubo-tubo in situ que no se encuentran en el polvo CNT CVD y se conservan hasta la formación de empuje dominó del papel bucky.
Recientemente, [8] se ha desarrollado un nuevo método de fabricación de película CNT escalable: Técnica de fundición de cinta diseñada en superficie (SETC). La técnica SETC resuelve el principal desafío de la fundición en cinta, que es el desprendimiento de la película de CNT seca y típicamente pegajosa del sustrato de soporte. Para lograr una película desprendida perfecta, el sustrato de soporte debe diseñarse con una morfología de estructura de poros de micro-pirámide. SETC produce películas de gran superficie a partir de cualquier nanotubo de carbono disponible comercialmente con longitud, grosor, densidad y composición ajustables.
Propiedades
Buckypaper pesa una décima parte, pero es potencialmente 500 veces más resistente que el acero cuando sus hojas se apilan para formar un compuesto. [1] Podría dispersar el calor como el latón o el acero y podría conducir electricidad como el cobre o el silicio. [1]
Aplicaciones
Entre los posibles usos del papel bucky que se están investigando:
- Protección contra incendios: cubrir el material con una fina capa de papel bucky mejora significativamente su resistencia al fuego debido a la eficiente reflexión del calor por la densa y compacta capa de nanotubos de carbono o fibras de carbono. [10]
- Si se expone a una carga eléctrica , se puede usar papel bucky para iluminar las pantallas de la computadora y la televisión. Podría ser más eficiente energéticamente, más liviano y podría permitir un nivel de brillo más uniforme que el tubo de rayos catódicos (CRT) actual y la tecnología de pantalla de cristal líquido (LCD).
- Dado que los nanotubos de carbono individuales son uno de los materiales más conductores térmicos conocidos, el papel bucky se presta al desarrollo de disipadores de calor que permitirían a las computadoras y otros equipos electrónicos dispersar el calor de manera más eficiente de lo que es posible actualmente. Esto, a su vez, podría conducir a avances aún mayores en la miniaturización electrónica.
- Las películas también podrían proteger los circuitos y dispositivos electrónicos dentro de los aviones de la interferencia electromagnética , que puede dañar el equipo y alterar la configuración. De manera similar, tales películas podrían permitir que los aviones militares protejan sus "firmas" electromagnéticas, que pueden detectarse mediante un radar.
- Buckypaper podría actuar como una membrana de filtro para atrapar micropartículas en aire o líquido. Debido a que los nanotubos en el papel bucky son insolubles y se pueden funcionalizar con una variedad de grupos funcionales, pueden eliminar compuestos selectivamente o pueden actuar como sensores.
- Producidos en cantidades suficientemente altas y a un precio económicamente viable, los compuestos de papel bucky podrían servir como un blindaje eficaz.
- El papel Bucky se puede utilizar para cultivar tejido biológico, como células nerviosas. El papel Bucky se puede electrificar o funcionalizar para estimular el crecimiento de tipos específicos de células.
- La relación de Poisson para el papel bucky de nanotubos de carbono puede controlarse y ha mostrado un comportamiento auxético , capaz de utilizarse como músculos artificiales.
- Materiales de electrodos para supercondensadores , [11] baterías de iones de litio , [12] [13] [14] y baterías de flujo redox de vanadio . [15] [16] [17]
Ver también
- Compresión de frita
- Nanotubo de carbono
- Papel de óxido de grafeno
- Posibles aplicaciones de los nanotubos de carbono
- Grafeno
Referencias
- ↑ a b c d Kaczor, Bill (17 de octubre de 2008). "Los aviones del futuro, los coches pueden estar hechos de papel de aluminio " . USA Today . Consultado el 18 de octubre de 2008 .
- ^ en het Panhuis M, Salvador-Morales C, Franklin E, Chambers G, Fonseca A, Nagy JB (2003). "Caracterización de una interacción entre nanotubos de carbono funcionalizados y una enzima". Revista de Nanociencia y Nanotecnología . 3 (3): 209–13. doi : 10.1166 / jnn.2003.187 . PMID 14503402 .
- ^ Sun J, Gao L (2003). "Desarrollo de un proceso de dispersión de nanotubos de carbono en matriz cerámica por heterocoagulación". Carbono . 41 (5): 1063–1068. doi : 10.1016 / S0008-6223 (02) 00441-4 .
- ^ Vohrer U, Kolaric I, Haque MH, Roth S, Detlaff-Weglikowska U (2004). "Láminas de nanotubos de carbono para su uso como músculos artificiales". Carbono . 42 (5-6): 1159-1164. doi : 10.1016 / j.carbon.2003.12.044 .
- ^ Cornett JB, Shockman GD (1978). "Lisis celular de Streptococcus faecalis inducida con triton X-100" . Revista de bacteriología . 135 (1): 153–60. PMC 224794 . PMID 97265 .
- ^ Whitby R, Fukuda T, Maekawa T, James SL, Mikhalovsky SV (2008). "Control geométrico y distribución de tamaño de poro sintonizable de buckypaper y buckydiscs". Carbono . 46 (6): 949–956. doi : 10.1016 / j.carbon.2008.02.028 .
- ^ Wang D, Song PC, Liu CH, Wu W, Fan SS (2008). "Papeles de nanotubos de carbono altamente orientados hechos de nanotubos de carbono alineados". Nanotecnología . 19 (7): 075609. Código Bibliográfico : 2008Nanot..19g5609W . doi : 10.1088 / 0957-4484 / 19/7/075609 . PMID 21817646 .
- ^ Susantyoko, Rahmat Agung; Karam, Zainab; Alkhoori, Sara; Mustafa, Ibrahim; Wu, Chieh-Han; Almheiri, Saif (2017). "Una técnica de fabricación de fundición de cinta diseñada en superficie para la comercialización de láminas de nanotubos de carbono independientes" . Diario de Química de los Materiales A . 5 (36): 19255-19266. doi : 10.1039 / c7ta04999d . ISSN 2050-7488 .
- ^ Kim, Keun Su; Jakubinek, Michael B .; Martínez-Rubi, Yadienka; Ashrafi, Behnam; Guan, Jingwen; O'Neill, K .; Plunkett, Mark; Hrdina, Amy; Lin, Shuqiong; Dénommée, Stéphane; Kingston, Christopher; Simard, Benoit (2015). "Nanocomposites de polímero de ensamblajes de nanotubos de nitruro de boro macroscópicos independientes". RSC Adv . 5 (51): 41186–41192. doi : 10.1039 / C5RA02988K .
- ^ Zhao, Zhongfu; Gou, enero (2009). "Retardancia al fuego mejorada de compuestos termoendurecibles modificados con nanofibras de carbono" . Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 10 (1): 015005. Código Bibliográfico : 2009STAdM..10a5005Z . doi : 10.1088 / 1468-6996 / 10/1/015005 . PMC 5109595 . PMID 27877268 .
- ^ Susantyoko, Rahmat Agung; Parveen, Fathima; Mustafa, Ibrahim; Almheiri, Saif (16 de mayo de 2018). "Hojas independientes MWCNT / carbón activado: un enfoque diferente para fabricar electrodos flexibles para supercondensadores". Iónicos : 1–9. doi : 10.1007 / s11581-018-2585-4 . ISSN 0947-7047 .
- ^ Susantyoko, Rahmat Agung; Karam, Zainab; Alkhoori, Sara; Mustafa, Ibrahim; Wu, Chieh-Han; Almheiri, Saif (2017). "Una técnica de fabricación de fundición de cinta diseñada en superficie para la comercialización de láminas de nanotubos de carbono independientes". Diario de Química de los Materiales A . 5 (36): 19255-19266. doi : 10.1039 / c7ta04999d . ISSN 2050-7488 .
- ^ Karam, Zainab; Susantyoko, Rahmat Agung; Alhammadi, Ayoob; Mustafa, Ibrahim; Wu, Chieh-Han; Almheiri, Saif (26 de febrero de 2018). "Desarrollo de un método de fundición de cinta de ingeniería superficial para fabricar láminas de nanotubos de carbono independientes que contienen nanopartículas de Fe 2 O 3 para baterías flexibles". Materiales de ingeniería avanzada : 1701019. doi : 10.1002 / adem.201701019 . ISSN 1438-1656 .
- ^ Susantyoko, Rahmat Agung; Alkindi, Tawaddod Saif; Kanagaraj, Amarsingh Bhabu; An, Boohyun; Alshibli, Hamda; Choi, Daniel; AlDahmani, Sultán; Fadaq, Hamed; Almheiri, Saif (2018). "Optimización del rendimiento de láminas independientes MWCNT-LiFePO4 como cátodos para mejorar la capacidad específica de las baterías de iones de litio" . Avances RSC . 8 (30): 16566–16573. doi : 10.1039 / c8ra01461b . ISSN 2046-2069 .
- ^ Mustafa, Ibrahim; López, Iván; Younes, Hammad; Susantyoko, Rahmat Agung; Al-Rub, Rashid Abu; Almheiri, Saif (marzo de 2017). "Fabricación de láminas autoportantes de nanotubos de carbono de paredes múltiples (Buckypapers) para baterías de flujo redox de vanadio y efectos de las variables de fabricación sobre el rendimiento electroquímico". Electrochimica Acta . 230 : 222-235. doi : 10.1016 / j.electacta.2017.01.186 . ISSN 0013-4686 .
- ^ Mustafa, Ibrahim; Bamgbopa, Musbaudeen O .; Alraeesi, Eman; Shao-Horn, Yang; Sun, Hong; Almheiri, Saif (1 de enero de 2017). "Información sobre la actividad electroquímica de electrodos carbonosos porosos en baterías de flujo redox de vanadio no acuosas". Revista de la Sociedad Electroquímica . 164 (14): A3673 – A3683. doi : 10.1149 / 2.0621714jes . ISSN 0013-4651 .
- ^ Mustafa, Ibrahim; Al Shehhi, Asma; Al Hammadi, Ayoob; Susantyoko, Rahmat; Palmisano, Giovanni; Almheiri, Saif (mayo de 2018). "Efectos de las impurezas carbonosas sobre la actividad electroquímica de electrodos de nanotubos de carbono de paredes múltiples para baterías de flujo redox de vanadio". Carbono . 131 : 47–59. doi : 10.1016 / j.carbon.2018.01.069 . ISSN 0008-6223 .
enlaces externos
- El "papel bucky" del investigador de la FSU es más resistente que el acero a una fracción del peso
- Investigación en revisiones: buckypaper
- Buckypaper - Nanotubos con esteroides; Imágenes de papel bucky y una entrevista con Frank Allen, director de operaciones del Instituto de Materiales de Alto Rendimiento de la Universidad Estatal de Florida