Los nanotubos de silicio son nanopartículas que crean una estructura en forma de tubo a partir de átomos de silicio . Al igual que los nanocables de silicio , son tecnológicamente importantes debido a sus inusuales propiedades físicas, que difieren fundamentalmente de las del silicio a granel. [2] Los primeros informes sobre nanotubos de silicio aparecieron alrededor del año 2000. [3]
Síntesis
Un método para preparar nanotubos de silicio es usar un reactor que emplea un arco eléctrico sin el uso de ningún catalizador . [4] Para asegurar la pureza, el reactor se vacía y se llena con el gas noble no reactivo argón . La formación real de los nanotubos se basa en el proceso de deposición de vapor químico . [5]
Un método más común a escala de laboratorio implica el uso de nanocables de óxido de germanio , carbono o zinc como plantilla. Luego, el silicio, que proviene típicamente del silano o del gas tetracloruro de silicio , se deposita sobre los nanocables y el núcleo se disuelve dejando un tubo de silicio. [6] El crecimiento de la plantilla de nanocables, la deposición de silicio y el grabado de nanocables y, en consecuencia, la geometría de los nanotubos de Si resultantes, se pueden controlar con precisión en el segundo método; sin embargo, el diámetro interior más pequeño está limitado por decenas de nanómetros. [1]
Los mecanismos convencionales de vapor-líquido-sólido ( VLS ) y sólido-líquido-sólido (SLS) son técnicas favoritas para desarrollar nanoestructuras de silicio unidimensionales. Sin embargo, generalmente incorporan solo un tipo de metal como catalizador y, por lo tanto, no se pueden usar para el crecimiento de nanoestructuras de silicio tubulares (huecas). En un intento reciente, se ha utilizado una capa de catalizador bicapa de níquel-oro para aprovechar la velocidad de crecimiento desigual de los catalizadores metálicos constituyentes. Usando estas técnicas VLS y SLS modificadas, se han cultivado nanotubos de silicio de paredes múltiples con un espesor de pared lateral de pocos nanómetros. [7]
Aplicaciones
Como resultado de su conductividad balística , los nanotubos y nanocables de silicio se han considerado para su uso en electrónica, por ejemplo, en generadores termoeléctricos . [8] Dado que la estructura puede acomodar moléculas de hidrógeno, por lo que podría parecerse al carbón sin el CO 2 , parece que los nanomateriales de silicio pueden comportarse como un combustible metálico. [9] [10] Un nanotubo de silicio cargado con hidrógeno entrega energía y en el proceso deja agua residual, etanol, silicio y arena. Sin embargo, como la producción de hidrógeno requiere una energía considerable, este es solo un método propuesto para almacenar energía, no producirla.
Los nanotubos de silicio y los nanocables de silicio se pueden utilizar en baterías de iones de litio . Las baterías de iones de litio convencionales usan carbono grafítico como ánodo, pero reemplazarlo con nanotubos de silicio aumenta experimentalmente la capacidad del ánodo específico (en masa) en un factor de 10 (aunque la mejora de la capacidad general es menor debido a las capacidades específicas del cátodo mucho más bajas) . [11]
Otra aplicación emergente de los nanotubos de silicio es la emisión de luz. Dado que el silicio es un semiconductor de banda prohibida indirecta , el rendimiento cuántico de recombinación radiativa en este material es muy bajo. A medida que el espesor de las nanoestructuras basadas en silicio se reduce por debajo del radio efectivo de Bohr (alrededor de 9 nm, en silicio), la eficiencia cuántica de la emisión de luz de este material aumenta debido al efecto de confinamiento cuántico. Basándose en este hecho, se ha demostrado la capacidad de fotoemisión de nanotubos de silicio con paredes laterales muy delgadas. [7]
Referencias
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enlaces externos
- Transferencia de Ciencias de Lyon - Universidad de Lyon, Francia
- Películas delgadas de nanopartículas de silicio se enrollan en nanotubos flexibles, Universidad de Illinois