Hilos de nanotubos de carbono, músculos artificiales y láminas transparentes:aplicaciones avanzadas

Los nanotubos de carbono (CNT) son famosos por su extraordinaria resistencia, módulo, conductividad eléctrica y térmica y estabilidad térmica en un amplio rango de temperaturas. Un solo nanotubo puede presentar una resistencia a la tracción hasta 100 veces mayor que la del acero, lo que los convierte en bloques de construcción ideales para materiales de alto rendimiento.[1]

Para aprovechar estas propiedades, los investigadores han desarrollado hilos CNT puros continuos e hilos compuestos con alto contenido de CNT. Técnicas como el electrohilado de fibras de poliacrilonitrilo (PAN) reforzadas con CNT (MWCNT) de paredes múltiples o hilos de bambú celulósicos/CNT producen productos multifuncionales con un rendimiento mecánico, térmico y eléctrico notablemente mejorado. Las fibras CNT de pared simple (SWCNT) también se pueden fabricar a partir de soluciones de cristal líquido, lo que produce fibras CNT continuas y limpias con propiedades superiores.[2]

Fabricación de hilo CNT

Las fibras CNT continuas se pueden producir en un reactor horizontal de deposición química de vapor (CVD). Un paso de densificación con vapor de agua encoge el "calcetín" de CNT hasta convertirlo en un hilo denso de 1 a 3 mm de espesor, lo que da como resultado un hilo muy poroso (≈99%), pero mecánicamente robusto y eléctricamente conductor. El proceso permite un control preciso sobre la densidad del bobinado, lo que permite la infiltración con polímeros para formar compuestos o mezclarlos con otros hilos para aplicaciones estructurales y funcionales personalizadas.[3]

Músculos artificiales de CNT

Al torcer hilo CNT en cilindros huecos sin costuras e infiltrarlos con una cera de parafina que cambia el volumen, los investigadores han creado músculos artificiales capaces de realizar contracciones ultrarrápidas. Calentar la cera (mediante corriente eléctrica o un breve pulso de luz) hace que la cera se expanda, el hilo aumente de volumen y la longitud se contraiga, produciendo movimiento en solo 25 µs. Estos actuadores pueden levantar cargas hasta 200 veces más pesadas que un músculo natural de tamaño equivalente, aunque en la actualidad siguen siendo inadecuados para la implantación biomédica directa.[4]

Las aplicaciones potenciales abarcan robótica, catéteres quirúrgicos mínimamente invasivos, micromotores, mezcladores de microfluidos, ópticas sintonizables, microválvulas, posicionadores de precisión e incluso juguetes de consumo.

Hojas CNT transparentes

Históricamente, ampliar las CNT a estructuras de tamaño macro y sin ataduras ha sido un desafío. Los avances recientes implican rotar bosques de CNT alineados verticalmente para formar láminas transparentes anchas y largas. El aerogel autoportante resultante, después de la densificación, produce películas delgadas y resistentes que conducen la electricidad, unen microondas a plásticos y sirven como electrodos flexibles para OLED, fuentes de radiación polarizada de banda ancha y otras aplicaciones.[5]

Estos avances ilustran la versatilidad de los CNT en los dominios estructurales, funcionales y electrónicos.