Nanocuernos de carbono (Carbon Nanohorn)

En el campo de los nanomateriales basados en carbono, los nanotubos de carbono y el grafeno son las dos grandes estrellas del momento. Sin embargo, los nanotubos semicerrados de carbono (en inglés, carbon nanohorn) ganaron terreno últimamente y se está evaluando su desempeño en una gran cantidad de aplicaciones que se están desarrollando.

 


 

Agregados de carbon con una punta con forma de trompa

Los nanohorn son un tipo de nanotubos de carbono, descubierto por el grupo de Sumio Iijima en 1998, quien también descubriera los nanotubos de carbono alla por 1991.

Los nanohorn tienen la forma de cuerno o trompa en la punta. A veces se llaman CNH o SWNH porque sólo pueden ser sintetizados como nanotubos semicerrados de carbono de pared única. Poseen una forma irregular con un diámetro de 2-5 nm y 40-50 nm de longitud. En el extremo, se agrupan unos 2.000 átomos de carbono para darle la forma cuasi-esférica de 100 nm de diámetro.

Los nanocuernos de carbono se caracterizan por gran área de superficie, fácil dispersión y alta conductividad

La compañía NEC informó que la tecnología de producción en masa fue establecida en 2005, la patente de fabricación se obtuvo en 2008 y, finalmente, los nanocuernos de carbono se lanzaron como un producto en enero de 2013.

NEC utiliza el método de ablación láser para la obtención de estos nanomateriales, en el cual se irradia de laser de alta potencia de dióxido de carbono sobre un blanco de grafito. Cuando se compara con otros métodos de fabricación de nanopartículas de carbono, este método se caracteriza por la ausencia de un catalizador metálico para la síntesis. El resultado es un producto con 100% de carbono, sin contenido de impurezas metálicas. El nivel de pureza que se alcanza es alrededor de 85-95%, ya que contiene carbon amorfo y grafito). Con el proceso desarrollado por NEC es posible obtener más de 1 kg / día de nanotubos semicerrados de carbono de alta pureza.

Respecto de sus aplicaciones, se espera que los nanocuernos se utilicen en sectores como medio ambiente, energía, médicos, etc.

Respecto al campo energético, los nanocuernos se pueden aplicar en condensadores de doble capa eléctrica (EDLC). Los EDLCs permiten la carga y descarga de las corrientes más grandes en comparación con las baterías secundarias comunes, por lo que son útiles como dispositivos de almacenamiento eléctrico con un buen ciclo de vida de carga / descarga. Dado que cada vez es mas importante una utilización eficiente de la energía, el uso de EDLC puede extenderse en una gama más amplia de aplicaciones. Los fabricantes de los vehículos híbridos y los vehículos equipados con celdas de combustible también están evaluando la posibilidad de emplear EDLCs para promover el uso eficiente de la energía.

Se está considerando aplicar los nanocuernos en celdas de combustible. En estas celdas se utilizan catalizadores de platino para la reacción de hidrógeno con el oxígeno. Se está buscando reducir la cantidad de platino empleado debido a su elevado costo. Actualmente se utiliza el negro de humo como soporte del platino. El negro de humo absorbe platino lo que aumenta la cantidad de metal que se usa en estos dispositivos.

Mediante la sustitución del negro de humo por los nanocuernos de carbono, la celda de combustible será capaz de reaccionar con sólo una pequeña cantidad de platino. Los nanocuernos pueden actuar como soporte de nanopartículas de platino. Como resultado, se puede reducir la cantidad de platino utilizado y, por lo tanto, el costo de las celdas de combustible.

Otra área en la que se puede aplicar estos nanomateriales es el campo de la medicina. Como se mencionó anteriormente, durante su síntesis no se emplean catalizadores metálicos por lo que están libres de impurezas metálicas. Se realizaron varias pruebas de cultivo de células animales y se confirmó que no hubo indicios de toxicidad a corto plazo.

Dado que los nanocuernos pueden formar agregados con estructura esférica de alrededor de 100 nm, éstos pueden ser utilizados como portadores de fármacos asegurando que no tendrá un impacto negativo en las células y los tejidos circundantes. Ya hay investigaciones en las que se tuvo éxito para incorporar un medicamento contra el cáncer cisplatino en agregados nanohorn carbono. Se ha confirmado que el fármaco contra el cáncer se libera gradualmente desde el agregado y mata las células cancerosas.

Si se pudiera regular la apertura y cierres de los "poros" de nanotubos semicerrados de carbono entonces puede llegar a ser posible la entrega de medicamentos contra el cáncer solo en los lugares que fuera necesario.

Los nanocuernos tienen la capacidad de absorber gases tales como el fluoruro (gas) metano, e forma tal que pueden ser empleados para el transporte de gas. El fluoruro es una sustancia difícil de almacenar y manipular. Los nanocuernos pueden ser una solución seguro, eficiente y de fácil almacenamiento y transporte de este gas.

Se dio un breve pantallazo de las potenciales aplicaciones de los nanocuernos. Una de las características sobresalientes es que son de fácil dispersión cuando se los mezcla con otros materiales, con lo que aumenta la expectativa para el desarrollo de nanocompuestos usando los nanocuernos.

NEC trabajará en expandir las ventas de este material (en su versión as-grown y oxidados) a Universidades e Instituciones de investigación en Japon y en el exterior.

Durante la participación de NEC en la exposición NanoTech 2014 presentará sus nanocuernos de carbono y un transistor delgado impreso basado en nanotubos de carbono

 

 

     Jueves 16 de Julio de 2020