Autora:María Cristina Chaler.CIENCIA FÁCIL N º 118
¡Esos tubos tan especiales!
Los nanotubos
Nanotecnología II
Para comprender esta nota refresquemos algunos conocimientos de notas anteriores como la que explica las variedades alotrópicas (juguemos al carnaval) y la nota de aisladores conductores y semiconductores.
En ellas expresamos lo siguiente:
La materia frente a la electricidad puede conducirla o no y esto dependerá de su intima estructura es decir de cómo están combinados sus átomos.
Recordemos que los metales tienen un modelo que los describe como núcleos positivos sumergidos en un mar electrónico, es decir, los electrones no pertenecen a ninguno de ellos en especial sino que fluyen a través de los mismos.
Las sustancias iónicas al ser puestas en solución liberan átomos o grupos de átomos cargados de modo que también resultan ser esas soluciones conductoras “El agua salada o igualmente el agua de la canilla también conduce la electricidad, por eso resulta tan peligroso manipular artefactos eléctricos con las manos húmedas o en lugares donde hay agua.”
“El grafito, es una sustancia formada por átomos de carbono que en su estructura consta de gigantescas moléculas que constituyen láminas dispuestas paralelamente entre sí, dentro de cada lámina los átomos se enlazan compartiendo sus electrones (covalente) ocupando los vértice de un hexágono formando una gran red semejante a un panal, así cada átomo de carbono estará rodeado por tres átomos más y compartirá con ellos un par electrónico. Recordemos que el carbono posee cuatro electrones en su último nivel y debe compartir cuatro para alcanzar el estado ideal, por lo que en este caso al estar rodeado de tres átomos, el cuarto electrón queda sin preferencia con respecto a los núcleos y no se le atribuirá a ninguno en particular por lo tanto fluirá a través de ellos y el material será conductor”
De allí concluimos que
“Toda sustancia que posea movilidad de cargas eléctricas en su interior podrá conducir la electricidad”.
También en esta nota hicimos una breve descripción de los semiconductores colocándolos en una posición intermedia entre conductores y aisladores
“Son no metales como el Silicio (Si) y el Germanio (Ge) que pertenecen al grupo IVA (grupo del carbono) de la tabla periódica, conducen en forma bastante imperfecta la electricidad pues tienen los electrones fuertemente aferrados al núcleo, pero al aumentar la temperatura estos adquieren energía , se movilizan y la sustancia aumenta su capacidad de conducir (conductividad).
Explicábamos que haciendo un pequeño truco que consiste en agregarle impurezas controladas del grupo VA (P_ fósforo, As_ arsénico, Sb_ antimonio) Como estos elementos poseen 5(cinco) electrones en su último nivel compartirán fuertemente 4(cuatro) de ellos quedando uno a disposición de todos los núcleos y por lo tanto con alta movilidad, lo que mejora muchísimo la conductividad del material, este tipo de semiconductor se clasifica como n (negativo) porque le sobran electrones.
También hay otro truco que es impurificarlos con elementos del grupo 3A (Al_ aluminio, Ga_ galio, In _ indio) como poseen 3 (tres) electrones en el último nivel sólo comparten éstos faltando un cuarto que deja una especie de hueco y por lo tanto esta falta favorece a la conducción eléctrica ya que los electrones circulan por el material para ocupar esos huecos .Estos se llaman semiconductores p (positivos) pues la escasez de electrones es considerada positiva.”
En la nota en que describimos todos los “disfraces” de la materia, uno de ellos eran los estados alotrópicos y así decíamos:
“ Cuando un mismo átomo adopta diferentes formas o posiciones en el espacio, según sean éstas la apariencia de las sustancias que constituyen se presentará totalmente diferente así como también cambiarán sus propiedades físicas, es decir la dureza, el color, la textura, de modo que un mismo átomo podrá presentarse como diferentes sustancias (variedades alotrópicas).
El átomo de carbono (C) tiene esta facilidad ya que si los mismos se disponen en lugares rígidos en el espacio adoptando estructuras cristalinas, este formara los apreciados diamantes que se caracterizan por su extremada dureza y son utilizados por el hombre en la industria para cortar vidrios u otras sustancias duras o bien en joyería facetándolos para que refracten y reflejen a la luz y generando intensos colores irisados.
Cuando los átomos de carbono se disponen formando hexágonos como los de un panal dispuestos en grandes placas planas y en el mismo plano horizontal, la sustancia que forma es el grafito, de color grisáceo abrillantado que se usa en electrónica por su poder conductor y que se desliza sobre un papel dejando marcas de modo que con él se fabrican las minas de los lápices. El carbón que tanto conocemos y usamos para generar calor tiene átomos de carbono con disposición irregular ya que proviene de la materia orgánica que ha sufrido transformaciones a lo largo del tiempo quedando sólo el carbono como su representante.”
Los nanotubos no son más que otra variedad alotrópica del átomo de carbono, sólo hace falta que pensemos en la misma estructura del grafito pero la diferencia será que estas láminas en lugar de permanecer planas unas sobre otras se arrollan sobre sí mismas formando el nanotubo, del grado de arrollamiento depende que sean multicapas o mono capa.
Sus propiedades
Su estructura, la forma del enrollamiento y la disposición de los paneles en el espacio y la presencia o no de “defectos” (muchas veces tecnológicamente provocados) generan propiedades eléctricas variadas, como conductores, semiconductores o superconductores.
Pueden transportar enormes cantidades de corriente sin deterioro alguno.
Mecánicamente, son extremadamente resistentes, duros y a la vez flexibles, pudiéndose fabricar con ellos fibras altamente recuperables a la torsión y la tracción. Sustentan su propio peso, por lo que no caen.
Son muy buenos conductores del calor siendo muy estables aún a 2800 ºC y en el vacío y soportan 700 ºC en el aire, esto hace que el calor en ellos se disipe con facilidad y rapidez.
Tienen propiedades ópticas importantísimas pues transforman la luz en electricidad y viceversa.
Se descubrieron casi de casualidad al hacer pasar una corriente eléctrica por electrodos de carbono, en las cenizas que este experimento provocó, se los encontró.
Sus Usos
A medida que avance la investigación en nanotecnología, es evidente que tendrán usos cada vez más asombroso
Se cree que es posible usarlos como:
Súper condensadores.
Para la miniaturización que es el objetivo actual de la electrónica.
Como almacenadores de Hidrógeno.
En células solares.
En electrónica desempeñando mejor papel que el Silicio, ya que se pueden fabricar integrados más pequeños.
Para la fabricación de transistores
Como aditivos para polímeros
Para aplicaciones en biotecnología.
Para aplicaciones ópticas para la fabricación de microscopios de alta resolución.
En aplicaciones en genética.
En fabricación de memorias.
Para la fabricación de componentes electrónicos.
Para la biomedicina a nivel nano.
En la industria de aviación, generando metales más resistentes.
En la pintura.
Como adsorbente de contaminantes como los metales pesados y otros químicos.
Para la fabricación de artículos deportivos.
En la fabricación de un ascensor espacial, por la capacidad de sustentar su propio peso.
Fabricación de nano máquinas o instrumentos.
Y en una infinidad de tecnologías más que aún están en investigación.
La inteligencia del hombre y la capacidad de descubrir es otra de las Maravillas Universales.
En ellas expresamos lo siguiente:
La materia frente a la electricidad puede conducirla o no y esto dependerá de su intima estructura es decir de cómo están combinados sus átomos.
Recordemos que los metales tienen un modelo que los describe como núcleos positivos sumergidos en un mar electrónico, es decir, los electrones no pertenecen a ninguno de ellos en especial sino que fluyen a través de los mismos.
Las sustancias iónicas al ser puestas en solución liberan átomos o grupos de átomos cargados de modo que también resultan ser esas soluciones conductoras “El agua salada o igualmente el agua de la canilla también conduce la electricidad, por eso resulta tan peligroso manipular artefactos eléctricos con las manos húmedas o en lugares donde hay agua.”
“El grafito, es una sustancia formada por átomos de carbono que en su estructura consta de gigantescas moléculas que constituyen láminas dispuestas paralelamente entre sí, dentro de cada lámina los átomos se enlazan compartiendo sus electrones (covalente) ocupando los vértice de un hexágono formando una gran red semejante a un panal, así cada átomo de carbono estará rodeado por tres átomos más y compartirá con ellos un par electrónico. Recordemos que el carbono posee cuatro electrones en su último nivel y debe compartir cuatro para alcanzar el estado ideal, por lo que en este caso al estar rodeado de tres átomos, el cuarto electrón queda sin preferencia con respecto a los núcleos y no se le atribuirá a ninguno en particular por lo tanto fluirá a través de ellos y el material será conductor”
De allí concluimos que
“Toda sustancia que posea movilidad de cargas eléctricas en su interior podrá conducir la electricidad”.
También en esta nota hicimos una breve descripción de los semiconductores colocándolos en una posición intermedia entre conductores y aisladores
“Son no metales como el Silicio (Si) y el Germanio (Ge) que pertenecen al grupo IVA (grupo del carbono) de la tabla periódica, conducen en forma bastante imperfecta la electricidad pues tienen los electrones fuertemente aferrados al núcleo, pero al aumentar la temperatura estos adquieren energía , se movilizan y la sustancia aumenta su capacidad de conducir (conductividad).
Explicábamos que haciendo un pequeño truco que consiste en agregarle impurezas controladas del grupo VA (P_ fósforo, As_ arsénico, Sb_ antimonio) Como estos elementos poseen 5(cinco) electrones en su último nivel compartirán fuertemente 4(cuatro) de ellos quedando uno a disposición de todos los núcleos y por lo tanto con alta movilidad, lo que mejora muchísimo la conductividad del material, este tipo de semiconductor se clasifica como n (negativo) porque le sobran electrones.
También hay otro truco que es impurificarlos con elementos del grupo 3A (Al_ aluminio, Ga_ galio, In _ indio) como poseen 3 (tres) electrones en el último nivel sólo comparten éstos faltando un cuarto que deja una especie de hueco y por lo tanto esta falta favorece a la conducción eléctrica ya que los electrones circulan por el material para ocupar esos huecos .Estos se llaman semiconductores p (positivos) pues la escasez de electrones es considerada positiva.”
En la nota en que describimos todos los “disfraces” de la materia, uno de ellos eran los estados alotrópicos y así decíamos:
“ Cuando un mismo átomo adopta diferentes formas o posiciones en el espacio, según sean éstas la apariencia de las sustancias que constituyen se presentará totalmente diferente así como también cambiarán sus propiedades físicas, es decir la dureza, el color, la textura, de modo que un mismo átomo podrá presentarse como diferentes sustancias (variedades alotrópicas).
El átomo de carbono (C) tiene esta facilidad ya que si los mismos se disponen en lugares rígidos en el espacio adoptando estructuras cristalinas, este formara los apreciados diamantes que se caracterizan por su extremada dureza y son utilizados por el hombre en la industria para cortar vidrios u otras sustancias duras o bien en joyería facetándolos para que refracten y reflejen a la luz y generando intensos colores irisados.
Cuando los átomos de carbono se disponen formando hexágonos como los de un panal dispuestos en grandes placas planas y en el mismo plano horizontal, la sustancia que forma es el grafito, de color grisáceo abrillantado que se usa en electrónica por su poder conductor y que se desliza sobre un papel dejando marcas de modo que con él se fabrican las minas de los lápices. El carbón que tanto conocemos y usamos para generar calor tiene átomos de carbono con disposición irregular ya que proviene de la materia orgánica que ha sufrido transformaciones a lo largo del tiempo quedando sólo el carbono como su representante.”
Los nanotubos no son más que otra variedad alotrópica del átomo de carbono, sólo hace falta que pensemos en la misma estructura del grafito pero la diferencia será que estas láminas en lugar de permanecer planas unas sobre otras se arrollan sobre sí mismas formando el nanotubo, del grado de arrollamiento depende que sean multicapas o mono capa.
Sus propiedades
Su estructura, la forma del enrollamiento y la disposición de los paneles en el espacio y la presencia o no de “defectos” (muchas veces tecnológicamente provocados) generan propiedades eléctricas variadas, como conductores, semiconductores o superconductores.
Pueden transportar enormes cantidades de corriente sin deterioro alguno.
Mecánicamente, son extremadamente resistentes, duros y a la vez flexibles, pudiéndose fabricar con ellos fibras altamente recuperables a la torsión y la tracción. Sustentan su propio peso, por lo que no caen.
Son muy buenos conductores del calor siendo muy estables aún a 2800 ºC y en el vacío y soportan 700 ºC en el aire, esto hace que el calor en ellos se disipe con facilidad y rapidez.
Tienen propiedades ópticas importantísimas pues transforman la luz en electricidad y viceversa.
Se descubrieron casi de casualidad al hacer pasar una corriente eléctrica por electrodos de carbono, en las cenizas que este experimento provocó, se los encontró.
Sus Usos
A medida que avance la investigación en nanotecnología, es evidente que tendrán usos cada vez más asombroso
Se cree que es posible usarlos como:
Súper condensadores.
Para la miniaturización que es el objetivo actual de la electrónica.
Como almacenadores de Hidrógeno.
En células solares.
En electrónica desempeñando mejor papel que el Silicio, ya que se pueden fabricar integrados más pequeños.
Para la fabricación de transistores
Como aditivos para polímeros
Para aplicaciones en biotecnología.
Para aplicaciones ópticas para la fabricación de microscopios de alta resolución.
En aplicaciones en genética.
En fabricación de memorias.
Para la fabricación de componentes electrónicos.
Para la biomedicina a nivel nano.
En la industria de aviación, generando metales más resistentes.
En la pintura.
Como adsorbente de contaminantes como los metales pesados y otros químicos.
Para la fabricación de artículos deportivos.
En la fabricación de un ascensor espacial, por la capacidad de sustentar su propio peso.
Fabricación de nano máquinas o instrumentos.
Y en una infinidad de tecnologías más que aún están en investigación.
La inteligencia del hombre y la capacidad de descubrir es otra de las Maravillas Universales.
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