Materiales de carbono

El carbono es uno de los materiales más abundantes de la tierra ya que supone el 0.2 % de la superficie terrestre. Sin embargo, hasta 1985 sólo se conocía dos materiales formados por carbono: el grafito natural y el diamate. Ambos están formados completamente por carbono pero poseen distinta estructura cristalina.

Hoy en día en cambio contamos con una gran variedad de estructuras carbonosas que se han ido descubriendo en los últimos años y que posseen propiedades asombrosas: fulerenos, nanocebollas de carbono, nanotubos y nanofibras de carbono, grafeno,…A continuación, presentamos algunas de ellas:

Los fulerenos son estructuras que tienen una estructura similar a una esfera hueca de carbono, con una configuración paradigmática de las moléculas con hexágonos y pentágonos, en lo que se conoce como exapentas. La más común de ellas es la C60. El fulereno es la tercera forma molecular más estable del carbono, tras el grafito y el diamante. La primera vez que se encontró un fullereno fue en 1985: Su naturaleza y forma se han hecho ampliamente conocidas en la ciencia y en la cultura en general, sin embargo, apenas se han empleado a nivel industrial por ser sospechosos de causar daños para la salud. Las nanocebollas de carbono son una forma especial de fulerenos multicapa, es decir, de esferas de carbono huecas concéntricas. Esta forma alotropa del carbono se descubrió en 1992 por Ugarte pero no ha recibido demasiada atención desde entonces.

Los nanotubos de carbono son formas alotrópicas de carbono con estructura cilíndrica hueca descubiertos en 1991 pro Iijima. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrollada sobre sí misma. Se distinguen dos formas distintas de nanotubos los nanotubos de pared simple y los de pared multiple.

Los nanotubos suelen presentar una elevada relación longitud/radio, ya que el radio suele ser inferior a un par de nanómetros y, sin embargo, la longitud puede llegar a ser incluso de 105 nm. Dado esta estructura los nanotubos poseen unas propiedades físico químicas únicas que los hacen adecuados para su empleo en células solares, supercondensadores, almacenamiento de hidrógeno, memorias flash,….

Las nanofibras de carbono son sólidos que presentan una morfología fibrosa en forma de filamentos que se fabrican por el método de catalizador flotante. Tienen una estructura grafítica helicoide de material altamente grafítico, como se muestra en la figura adjunta.

El grafeno es una lámina de dos dimensiones plana de átomos de carbono empaquetados, con una estructura de panal de abeja, y con un espesor de 1 átomo. Se descubrió en 2004 por Geim y Noselow, los cuales recibieron el premio Nobel en 2010. En el blog se puede encontrar una entrada previa explicando más en detalle sus propiedades y aplicaciones.

Las principales propiedades de las nanopartículas de carbono son comunes a todas ellas. Las partículas de carbono tienen excelentes propiedades mecánicas y tribológicas, con alta dureza, resistencia mecánica, alta flexibilidad…..Además, poseen propiedades electrónicas, son capaces de transportar la corriente, en una dirección concreta en el caso de las estructuras fibrilares, y tienen propiedades térmicas excelentes. Todo esto hace que se estén dedicando muchos esfuerzo por parte de industria y científicos para aprovechar al máximo sus propiedades. Por eso cada día son más las aplicaciones en las que se descubre que se pueden emplear los nanomateriales de carbono y son más los productos basados en nanopartículas que aparecen en el mercado.

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