Un nanotubo inorgánico es una molécula cilíndrica compuesta a menudo por óxidos metálicos o nitruros del grupo III [1] [2] y morfológicamente similar a un nanotubo de carbono . Se ha observado que los nanotubos inorgánicos se encuentran naturalmente en algunos depósitos minerales. [3]
Unos años después de que Linus Pauling mencionara la posibilidad de capas curvas en los minerales ya en 1930, [4 ] se demostró que algunos minerales como el amianto blanco (o crisotilo) [5] y la imogolita [6] tenían una estructura tubular. Sin embargo, los primeros nanotubos inorgánicos sintéticos no aparecieron hasta que Reshef Tenne et al. informó de la síntesis de nanotubos compuestos de disulfuro de tungsteno (WS 2 ) en 1992. [7]
En los años intermedios, se han sintetizado nanotubos de muchos materiales inorgánicos, como el óxido de vanadio y el óxido de manganeso , y se están investigando para aplicaciones tales como catalizadores redox y materiales catódicos para baterías.
Historia y ocurrencia
Los nanotubos inorgánicos son morfológicamente similares a los nanotubos de carbono y se observan en algunos depósitos minerales de origen natural. [8] Las estructuras sintéticas de este tipo fueron reportadas por primera vez por el grupo de Reshef Tenne en 1992. [7]
Materiales
Los materiales de nanotubos inorgánicos típicos son sólidos en capas 2D como sulfuro de tungsteno (IV) (WS 2 ), disulfuro de molibdeno (MoS 2 ) y sulfuro de estaño (IV) (SnS 2 ). [9] Se han sintetizado nanotubos de WS 2 y SnS 2 / sulfuro de estaño (II) (SnS) en cantidades macroscópicas. [10] [11] Sin embargo, las cerámicas tradicionales como el dióxido de titanio (TiO 2 ), el dióxido de circonio [12] (ZrO 2 ) y el óxido de zinc (ZnO) también forman nanotubos inorgánicos. [13] Los materiales de nanotubos y nanocables más recientes son metales de transición / calcógeno / halogenuros (TMCH), descritos por la fórmula TM 6 C y H z , donde TM es un metal de transición ( molibdeno , tungsteno , tantalio , niobio ), C es calcógeno ( azufre , selenio , telurio), H es halógeno ( yodo ), y la composición está dada por 8.2 <(y + z) <10. Los tubos TMCH pueden tener un diámetro subnanométrico, longitudes ajustables desde cientos de nanómetros hasta decenas de micrómetros y muestran una excelente dispersión debido a un acoplamiento mecánico extremadamente débil entre los tubos. [14]
En 2007, los científicos chinos anunciaron la creación en el laboratorio de nanotubos de cobre y bismuto . [15]
Propiedades y aplicaciones potenciales
Los nanotubos inorgánicos son un material alternativo a los nanotubos de carbono mejor explorados, mostrando ventajas como fácil acceso sintético y alta cristalinidad , [16] buena uniformidad y dispersión , conductividad eléctrica predefinida dependiendo de la composición del material de partida y morfología en forma de aguja, buena Adhesión a varios polímeros y alta resistencia al impacto. [17] Por lo tanto, son candidatos prometedores como rellenos para compuestos poliméricos con propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas mejoradas. Las aplicaciones de destino para este tipo de compuestos son materiales para la gestión del calor, disipadores electrostáticos, materiales de protección contra el desgaste , elementos fotovoltaicos , etc. Los nanotubos inorgánicos son más pesados que los nanotubos de carbono y no son tan fuertes bajo tensión de tracción , pero son particularmente fuertes bajo compresión, lo que lleva a aplicaciones potenciales en aplicaciones resistentes a impactos como chalecos antibalas . [18] [19]
La resistencia mecánica de las fibras de celulosa se puede incrementar en un orden de magnitud agregando solo 0.1% en peso de nanotubos TMCH, y las mediciones de conductividad eléctrica de policaprolactona dopada con nanotubos TMCH revelaron un comportamiento de percolación con un umbral de percolación extremadamente bajo . [20] La adición de nanotubos WS 2 a la resina epoxi mejoró la adhesión , la tenacidad a la fractura y la tasa de liberación de energía de deformación. El desgaste del epoxi reforzado con nanotubos fue ocho veces menor que el del epoxi puro. [21] Los nanotubos WS 2 también se incrustaron en una matriz de nanofibras de poli (metacrilato de metilo) (PMMA) mediante electrohilado. Los nanotubos estaban bien dispersos y alineados a lo largo del eje de la fibra. La mayor rigidez y tenacidad de las mallas de fibra de PMMA mediante la adición de nanotubos inorgánicos puede tener aplicaciones potenciales como materiales absorbentes de impactos. [22]
Las propiedades ópticas de los híbridos semiconductores de nanotubos inorgánicos de punto cuántico revelan una transferencia de energía resonante eficiente desde el punto cuántico a los nanotubos inorgánicos tras la fotoexcitación. Los nanodispositivos basados en nanomateriales unidimensionales están pensados para sistemas electrónicos y fotoelectrónicos de próxima generación que tienen un tamaño pequeño, una velocidad de transporte más rápida, una mayor eficiencia y un menor consumo de energía. En el laboratorio se preparó un fotodetector de alta velocidad para luz visible e infrarroja cercana basado en nanotubos WS 2 individuales . Los nanotubos inorgánicos son huecos y se pueden rellenar con otro material, para conservarlo o guiarlo a una ubicación deseada o generar nuevas propiedades en el material de relleno que está confinado dentro de un diámetro de escala nanométrica. Con este objetivo, se fabricaron híbridos de nanotubos inorgánicos llenando nanotubos WS 2 con plomo fundido, antimonio o sal de yoduro de bismuto mediante un proceso de humectación capilar, lo que dio como resultado PbI 2 @WS 2 , SbI 3 @WS 2 o BiI 3 @WS 2 core– nanotubos de concha. [23]
Aplicaciones biomédicas
Se han investigado los nanotubos de disulfuro de tungsteno como agentes reforzantes para mejorar las propiedades mecánicas de los nanocompuestos poliméricos biodegradables para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos. [24] La adición de ~ 0.02% en peso de nanotubos de disulfuro de tungsteno mejoró significativamente las propiedades mecánicas de compresión y flexión de los nanocompuestos de poli (fumarato de propileno), más que los nanotubos de carbono. Esto se atribuyó a una mayor dispersión de los nanotubos de disulfuro de tungsteno en la matriz del polímero, lo que permite una transferencia de carga eficiente desde la matriz a la nanoestructura subyacente.
Ver también
- Nanoalambre
- Sulfuro de tungsteno (IV) # Nanotubos
- Dióxido de titanio # Nanotubos
Referencias
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enlaces externos
- Noticias de química e ingeniería: nanotubos inorgánicos
- Coinapo - Materiales compuestos de nanotubos y polímeros inorgánicos