Un paso más cerca de producir industrialmente el material del futuro

Llevamos tiempo hablando de nanotubos de carbono y cómo sus propiedades futurísticas van a generar nuevas fuentes de energía, multiplicar la capacidad de computación o hasta revolucionar la medicina. Sin embargo, el uso de dichos nanotubos actualmente está bastante limitado al ambiente del laboratorio y de investigación. Esto es debido a que crear los nanotubos es relativamente sencillo, incluso con ciertas modificaciones muy específicas, pero escalar los procesos para que sean viables para grandes proyectos es harto complejo y conlleva retos que miles de científicos se esfuerzan por resolver.

Un plato de espaguetis de carbono

Cuando observamos los nanotubos de carbono mediante un microscopio electrónico, vemos una serie de filamentos que bien recuerdan a un plato de espaguetis: muchas estructuras con forma de hilo que se retuercen entre sí. La utilidad de los nanotubos cuando se encuentran de esta manera es muy limitada, lo ideal sería conseguir que actuasen como los espaguetis antes de ser cocidos, es decir, que creasen estructuras rígidas tubulares o laminares. Ordenándolos de esta forma el material puede conducir la electricidad más eficientemente y se podrían entrelazar para crear cables largos o moldearlos para crear objetos conductores con formas más fáciles de manejar.

El primer paso para ordenar los nanotubos es un proceso conocido como dispersión. Para dispersar los nanotubos se han de añadir a un disolvente que contenga diferentes ácidos que pueden ser dañinos para la salud de los trabajadores que se expongan a ellos. Sin embargo, en la universidad de Rice han desarrollado un nuevo solvente formado por ácidos menos peligrosos, concretamente el metanosulfónico (MSA) y p-toluenosulfónico (pToS), que son mezclados con ácido sulfúrico fumante. El MSA y el pToS son menos corrosivos que los utilizados actualmente para procesar los nanotubos, por lo que el proceso es menos peligroso que el que se lleva a cabo actualmente, aunque no se elimina completamente el riesgo.

En el proceso de dispersión, el ácido sulfúrico confiere a todos los nanotubos de carbono carga positiva, lo que provoca que se repelan entre ellos y se ordenen. El proceso es similar a cuando se nos electrifica el pelo ya que, en ese caso, cada uno de los cabellos acaba con la misma carga y nos crea peinados divertido, con el pelo de punta. Tras conseguir dispersar los nanotubos en la solución, los investigadores pueden forzarlos a través de una aguja o de orificios con diferentes formas para ordenarlos gracias a las fuerzas de cizallamiento que sufren al ser extruidos.

Sustituyendo la actualidad

Actualmente la mayoría de componentes electrónicos utilizan materiales conductores metálicos extraídos de minerales como el cobre. Los procesos de extracción de estos materiales son altamente contaminantes y han causado más de un desastre medioambiental por el mal funcionamiento de sus instalaciones. Por ello, buscar alternativas es de vital importancia para asegurar un futuro más sostenible. En este caso, los investigadores tratan de abaratar los costes de producción de los “materiales del futuro” para que sea una alternativa competitiva a la tecnología actual.

“Existe esta gigantesca oportunidad para darle a los hidrocarburos el uso que le damos a los minerales”, dijo Matteo Pasquali, profesor de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Rice. “Para ello, tenemos que ampliar al máximo la gama en la que podemos utilizar los materiales de carbono, especialmente cuando se puede desplazar a los metales con un producto que puede fabricarse de forma sostenible a partir de una materia prima como los hidrocarburos”. Pasquali además señaló que este proceso de fabricación también produce hidrógeno, un gas que se puede utilizar como fuente de energía.

Nanocarbono para todos los públicos

Como hemos comentado anteriormente, la principal ventaja de esta nueva técnica es que el solvente que utilizan es mucho menos corrosivo que el habitual. De hecho, los investigadores destacan que es compatible con plásticos, lo que permitiría adaptar instalaciones actuales pensadas para otros materiales a la producción de nanotubos de carbono. Entre estas aplicaciones encontramos la impresión 3D ya que, gracias a las propiedades que confiere el pToS, los nanotubos son más manejables a temperaturas algo elevadas y después solidifican, lo que permitiría crear piezas siguiendo especificaciones muy concretas, como prótesis médicas.

El siguiente paso del grupo de investigación es optimizar el disolvente para las diferentes aplicaciones y determinar cómo afecta el tamaño de los nanotubos a su procesamiento, ya que es realmente importante que los tubos tengan una alta calidad, y estén libres de impurezas para que sean realmente útiles.

Son pequeños pasos como estos los que al final acaban por permitir a tecnologías del futuro entrar en nuestro día a día. Estos nanotubos ya se utilizan para aplicaciones tan diversas como el Vantablack (la pintura más negra del mundo), adhesivos o sensores, pero ¿Quién sabe qué nos deparará el futuro de esta tecnología?

QUE NO TE LA CUELEN

• La adopción de los nanotubos de carbono es un proceso que lleva años sucediendo, las aplicaciones que requieren de esta tecnología se van multiplicando según pasa el tiempo. Sin prisa, pero sin pausa.
• El grafeno es una malla hexagonal de átomos de carbono de un diámetro de espesor, los nanotubos de carbono son esas mismas mallas en forma de tubo, donde puede haber otros materiales embebidos.

REFERENCIAS (MLA)

• Headrick, Robert J et al. “Versatile acid solvents for pristine carbon nanotube assembly.” Science advances vol. 8,17 (2022): eabm3285. doi:10.1126/sciadv.abm3285