Nanomateriales: fullerenos, nanotubos, grafeno y nanocompositos

Resumen

El documento describe los principales nanomateriales basados en carbono y los nanocompositos. Explica la estructura de los fullerenos, los nanotubos de carbono, el grafeno y su relación con el grafito. Además, clasifica los nanocompositos según su matriz (cerámica, metálica o polimérica) y según el número de dimensiones nanométricas de sus partículas.

Puntos clave

Los fullerenos son moléculas de carbono con forma esférica, elipsoidal, tubular o de anillo, y contienen anillos pentagonales y, a veces, heptagonales.
Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono que puede concebirse como una lámina de grafito enrollada sobre sí misma.
El grafeno es un material bidimensional de un solo átomo de grosor, con una red hexagonal de átomos de carbono derivada del grafito.
En los nanocompositos de matriz cerámica, la mayor parte del volumen la ocupa un material cerámico (óxidos, nitruros, boruros, siliciuros), y suele incluir un metal como segundo componente.
Los nanocompositos de matriz metálica reforzados con nanotubos de carbono buscan aprovechar su alta resistencia y conductividad eléctrica.
Para estos materiales, deben cumplir que sean económicamente producibles, con dispersión homogénea y fuerte adhesión interfacial.
Los nanocompositos de matriz polimérica se clasifican según cuántas dimensiones están en la escala nanométrica: nanopartículas, nanotubos o nanoláminas.

Ponte a prueba

Fullerenos: Estructura y Propiedades

Los fullerenos son moléculas compuestas por carbono que pueden adoptar formas geométricas variadas, como esferas, elipsoides, tubos (conocidos como nanotubos) o anillos. Son estructuralmente similares al grafito, que se compone de hojas de anillos hexagonales enlazadas. Sin embargo, los fullerenos se distinguen por contener también anillos pentagonales y, en ocasiones, heptagonales, lo que impide que su estructura sea completamente plana.

Nanotubos: Formas Alotrópicas del Carbono

Existen nanotubos de diversos materiales, como el silicio o el nitruro de boro, aunque el término se refiere comúnmente a los nanotubos de carbono.
Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, al igual que el diamante, el grafito o los fullerenos. Su estructura se puede concebir como una lámina de grafito enrollada sobre sí misma. El diámetro y la geometría interna de los nanotubos resultantes varían en función del grado de enrollamiento y la forma en que se conforma la lámina original.

Grafeno: El Material Bidimensional

El grafeno es un material bidimensional que posee solo un átomo de grosor. Su estructura laminar plana, derivada del grafito, está compuesta por átomos de carbono que forman una red hexagonal.

Nanocompositos de Matriz Cerámica

En este grupo de compuestos, la mayor parte del volumen está ocupada por un material cerámico, es decir, un compuesto del grupo de los óxidos, nitruros, boruros y siliciuros, entre otros. En la mayoría de los casos, los nanocompositos de matriz cerámica incluyen un metal como segundo componente.

Nanocompositos de Matriz Metálica

Los nanocompositos de matriz metálica también se pueden definir como compuestos reforzados de matriz metálica.

Uno de los nanocompositos más importantes son los compuestos de matriz metálica reforzados con nanotubos de carbono. De estos están surgiendo nuevos materiales que se desarrollan para aprovechar la alta resistencia y la alta conductividad eléctrica de los nanotubos de carbono, siempre que cumplan con las siguientes características:

Ser económicamente producibles.
Proporcionar una dispersión homogénea de nanotubos en la matriz metálica.
Generar una fuerte adhesión interfacial entre la matriz metálica y los nanotubos de carbono.

Nanocompositos de Matriz Polimérica

Dentro de este grupo, existen varios tipos de nanocompositos de matriz polimérica, dependiendo de cuántas dimensiones de las partículas se encuentran en el rango nanométrico:

Si las tres dimensiones están en el orden del nanómetro, se clasifican como nanopartículas.
Si dos dimensiones están en la escala nanométrica y la tercera es mayor, se denominan nanotubos.
Si solo una dimensión se encuentra en el rango nanométrico, se conocen como nanoláminas.

Preguntas frecuentes

¿Qué son los fullerenos?

Son moléculas compuestas por carbono que pueden tener forma de esferas, elipsoides, tubos o anillos. Se distinguen del grafito por contener anillos pentagonales y, en ocasiones, heptagonales.

¿Qué es el grafeno?

Es un material bidimensional de un solo átomo de grosor, con una estructura laminar plana formada por átomos de carbono en red hexagonal, derivada del grafito.

¿Cómo se puede concebir la estructura de un nanotubo de carbono?

Se puede concebir como una lámina de grafito enrollada sobre sí misma. Su diámetro y geometría interna dependen del grado de enrollamiento y de la forma en que se conforma la lámina.