Los científicos cultivan el bosque de nanotubos de carbono mucho más tiempo que cualquier otro

Hoy en día, una multitud de industrias, incluyendo la óptica, la electrónica, la purificación del agua y el suministro de medicamentos, innovan a una escala sin precedentes con rollos de hojas de grafito en forma de panal de abeja llamados nanotubos de carbono (CNT). Características como su peso ligero, su conveniente estructura, su inmensa resistencia mecánica, sus superiores conductividades térmica y eléctrica y su estabilidad colocan a los CNTs a la cabeza de las alternativas de otros materiales. Sin embargo, para satisfacer su creciente demanda industrial, su producción debe ampliarse constantemente, y ahí radica el principal desafío para el uso de los CNT.

Aunque los científicos han podido cultivar CNT individuales de aproximadamente 50 cm de longitud, cuando intentan hacer arreglos, o bosques, llegan a un techo de unos 2 cm. Esto se debe a que el catalizador, que es clave para que se produzca el crecimiento de las CNT, se desactiva y/o se agota antes de que las CNT de un bosque puedan crecer más, lo que eleva los costos monetarios y de materia prima de la producción de CNT y amenaza con limitar su uso industrial.

Ahora, un equipo de científicos de Japón ha ideado una estrategia para romper el techo. En su estudio publicado en Carbon, el equipo presenta un novedoso enfoque de una técnica convencional que produce bosques de CNT de una longitud récord: ~14 cm--7 veces mayor que el máximo anterior. Hisashi Sugime, Profesor Asistente de la Universidad de Waseda, quien dirigió el equipo, explica, "En la técnica convencional, las CNT dejan de crecer debido a un cambio estructural gradual en el catalizador, por lo que nos centramos en el desarrollo de una nueva técnica que suprima este cambio estructural y permita que las CNT crezcan durante un período más largo".

Para empezar, el equipo creó un catalizador basado en sus hallazgos en un estudio previo. Añadieron una capa de gadolinio (Gd) al catalizador convencional de óxido de hierro y aluminio (Fe/Al2Ox) recubierto sobre un sustrato de silicio (Si). Esta capa de Gd evitó el deterioro del catalizador hasta cierto punto, permitiendo que el bosque creciera hasta unos 5 cm de longitud.

Para prevenir aún más el deterioro del catalizador, el equipo colocó el catalizador en su cámara original llamada cámara de deposición química de vapor de gas frío (CVD). Allí, lo calentaron a 750°C y le suministraron pequeñas concentraciones (partes por millón) de vapores de Fe y Al a temperatura ambiente.

Esto mantuvo el catalizador fuerte durante 26 horas, tiempo en el que un denso bosque de CNT podía crecer hasta 14 cm. Varios análisis para caracterizar las CNT crecidas mostraron que eran de alta pureza y fuerza competitiva.

Este logro no sólo supera los obstáculos para la aplicación industrial generalizada de CNT, sino que abre las puertas a la investigación en nanociencia. "Este simple pero novedoso método que prolonga drásticamente la vida útil de los catalizadores mediante el suministro de fuentes de vapor a nivel de ppm es perspicaz para la ingeniería de catalizadores en otros campos como la petroquímica y el crecimiento de cristales de nanomateriales", dice Sugime. "El conocimiento aquí podría ser fundamental para hacer de los nanomateriales una realidad omnipresente".