Entre los nuevos materiales destacan, por sus múltiples propiedades y su resistencia, los nanotubos de carbono. Son versátiles hasta el punto de que pueden constituirse en el reemplazo de metales en la industria e incluso, ser usados en diversidad de aplicaciones potenciales: terapia fototérmica, imagen fotoacústica, administración de fármacos y otras aplicaciones biomédicas.
Sin embargo, dejando de lado la novedad y las potencialidades de este nano material, es necesario evaluar las posibles repercusiones de su uso a futuro. En este sentido, una reciente investigación explora su capacidad de reciclaje, así como la posibilidad de que mantenga sus propiedades después de este proceso.
Evaluarlo es crucial antes de que nano elementos como estos puedan pasar a ser de uso común y se conviertan en un potencial nuevo riesgo para el ambiente, el planeta y la gran familia humana.
Y es que, aunque los nanotubos de carbono ofrecen propiedades notables que los hacen muy deseables para diversas aplicaciones tecnológicas, su pleno potencial aún está por explotar debido a los retos que plantea su producción, su impacto medioambiental y la competencia con otros materiales. Solo de esta manera sabremos si son tan buenos como parecen.
¿Qué son los nanotubos de carbono?
Son estructuras cilíndricas huecas compuestas de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal similar al grafito. Fueron descubiertos en el año 1991 por un científico japonés, quien las describió como “agujas de carbono”, haciendo alusión a sus reducidas dimensiones.
Aunque tienen un diámetro de tan solo unos pocos nanómetros (millonésimas de metro), pueden alcanzar longitudes de varios milímetros.
Estos filamentos, dos mil veces más finos que un cabello, actualmente se utilizan en las baterías adecuadas para dispositivos electrónicos portátiles y, cada vez, en más compuestos estructurales, cables eléctricos y sensores en textiles inteligentes y otras novedosas tecnologías.
Con los nanotubos se desarrollan fibras, hilos y tejidos únicos hechos de miles de millones, interconectados que forman redes a nanoescala. Son flexibles, ligeros, resistentes, conductores de electricidad y calor, y pueden utilizarse en muchas aplicaciones de ingeniería.
Puntos a favor
Con su pequeño tamaño y estructura única, los nanotubos de carbono tienen propiedades excepcionales que les otorgan una gran versatilidad, como una alta conductividad eléctrica y térmica, comparable o superior a la que ofrece el cobre.
Las fibras y láminas elaboradas con ellos también poseen una alta resistencia mecánica y elasticidad, algo que el metal no puede lograr. Este material es hasta 100 veces más resistente que el acero, pero sólo pesa una fracción de su peso.
Gracias a su alta resistencia y flexibilidad, pueden ser usados en refuerzos estructurales en laminados compuestos, así como en sensores, conductores eléctricos y ánodos de baterías flexibles, entre otras aplicaciones.
Aplicaciones
Como ya se ha explicado, los nanotubos de carbono tienen una amplia gama de usos en diversas industrias gracias a sus propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas.
Por ejemplo, en la industria electrónica se emplean en la fabricación de transistores de alto rendimiento, pantallas táctiles y células solares. Asimismo, son buenos conductores eléctricos, lo que permite crear componentes electrónicos más eficientes y más pequeños.
La ingeniería mecánica y aeroespacial añaden nanotubos a materiales compuestos como la fibra de carbono, el aluminio y el titanio para hacerlos más resistentes y ligeros. Esto permite crear aviones, automóviles y otros vehículos más eficientes y duraderos, que sean compatibles con motores de hidrógeno o eléctricos.
En biomedicina, se emplean para transportar fármacos al interior del cuerpo y liberarlos específicamente en las células enfermas. También son utilizados en implantes y prótesis óseas para mejorar su compatibilidad biológica. Y la lista de potenciales aplicaciones recién comienza.
Desventajas
Sin embargo, existen aspectos no tan positivos relacionados a los nanotubos de carbono. Entre ellos, preocupaciones medioambientales y sanitarias relacionadas a su producción, la cual puede implicar el uso de productos químicos agresivos y un elevado consumo de energía. Además, su manipulación y eliminación requiere una gestión cuidadosa para evitar posibles riesgos para la salud.
El principal problema relacionado con este tipo de nanomateriales es su pobre solubilidad en agua, además de su toxicidad, problemas que se han resuelto parcialmente con la modificación de su superficie, haciéndolos más dispersos en agua y mejorando su biocompatibilidad.
Por otra parte, enfrenta la competencia de otros novedosos materiales como el grafeno. A esto se suma los costos elevados de producción, lo que hace de su viabilidad económica un factor crítico que incide en su penetración en el mercado.
La ciencia continúa su avance
Investigadores de China han logrado un gran avance en la fabricación de nanotubos de carbono de 7 nm de diámetro. Esto representa un hito, pues a esta escala nanométrica tienen propiedades excepcionales y valiosas, especialmente desde el punto de vista medioambiental.
El equipo de la Universidad Tsinghua de Pekín logró sintetizar nanotubos de carbono de pared simple y diámetro ultrapequeño de forma controlada, utilizando un nuevo método de crecimiento llamado “inyección de vapor”.
Los nanotubos resultantes tienen un diámetro 50.000 veces más fino que un cabello humano. A esta escala adquieren propiedades mecánicas y eléctricas únicas, lo que los convierte en materiales revolucionarios para aplicaciones tecnológicas de vanguardia.
Este hallazgo representa un gran paso adelante para aprovechar el potencial de los nanotubos de carbono en las próximas generaciones de dispositivos electrónicos, materiales livianos ultrarresistentes, interfaces neuronales y otras innovaciones.
¿Fin de la era de los metales?
Los nanotubos de carbono pueden sustituir a los metales, reemplazando materiales que generan CO² como el cobre, el acero y el aluminio en la construcción, la industria aeroespacial, automotriz y otras.
Este material microscópico podría marcar el fin de los metales, destacando el tema de cómo reducirán la contaminación asociada a la producción y manipulación de metales.
Actualmente, la capacidad mundial de producción de nanotubos de carbono (CNT) está en el orden de los 10 kt/año, una tasa que aumenta aproximadamente un 30% anualmente. Y esto podría acelerarse.
Puerta abierta al reciclaje
Una reciente investigación del Instituto IMDEA Materiales de España, publicada en la revista Carbon, demuestra, por primera vez, la capacidad de reciclar láminas de nanotubos de carbono (CNT) de alto rendimiento preservando su forma, alineación estructural, propiedades mecánicas y eléctricas y su flexibilidad intrínseca.
Con este trabajo buscaron comprobar hasta qué punto sus propiedades se mantienen intactas luego de pasar por un proceso de reciclado. Para ello sometieron láminas de distinta densidad a un tratamiento térmico. Las láminas recicladas demostraron una retención casi total de las propiedades mecánicas y eléctricas. Esto demuestra que los materiales de alto rendimiento hechos de nanotubos de carbono son reciclables y pueden ser reutilizados en la misma aplicación como refuerzo estructural o conductores eléctricos y ánodos de baterías flexibles, entre otras aplicaciones. Además, las láminas recicladas podrían volver a su estado inicial, como bloques de construcción.
Por otra parte, los nanotubos pueden disolverse y convertirse en soluciones cristalinas líquidas, que luego podrían ser rehilados en una nueva fibra de alta calidad. Esto no es posible con las fibras de carbono convencionales porque su estructura está formada por cristalitos que se fusionan, por lo que no pueden ser descompuestas en cristalitos individuales y volver a grafitizarse en un filamento de fibra continuo.
Al desarrollar estos nuevos materiales es necesario evaluar las posibilidades de reciclarlos en un futuro pues poder reutilizarlos permitirá a la gran familia humana evitar repetir los mismos errores del pasado.
Con información de Science Direct, The Conversation, Ecoticias, Revista Mexicana de Ciencias Farmacéuticas publicada en Scielo.Org y KindleTech
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