Nanotubos de carbono

En el artículo anterior hablamos del grafeno y de la tecnología que podría abrir la puerta a la construcción de circuitos electrónicos basados en dicho material. En dicho artículo apuntábamos a otra aplicación que los propios autores del descubrimiento ya señalaban en su documento: el uso del grafeno como medio más óptimo de captar la luz solar, y en consecuencia, de incrementar el rendimiento de las placas solares. Hoy en este artículo presentamos otro descubrimiento en la misma línea.

Si el grafeno es un material cuya estructura tiene un grosor de un solo átomo de carbono, los nanotubos tienen una estructura tridimensional más compleja. En la imagen que acompaña este artículo (cortesía de la web del Sandia National Laboratories) puede verse que el nanotubo (cuyo diámetro puede tener distintas dimensiones) está formado por paredes constituidas por anillos bencénicos de carbono enlazados entre sí. De esta manera, las paredes del nanotubo tienen el grosor de un único átomo de carbono, en tanto que la cavidad a la que envuelven puede tener unas dimensiones en el rango de los 1-10 nanometros. La longitud de estos nanotubos pueden llegar a ser de centímetros.

Una de las primeras aplicaciones que se pensó para los nanotubos de carbono fue la transmisión de la señal eléctrica dentro de circuitos electrónicos. Dado su pequeño tamaño, parecían una solución adecuada para las cada vez mayores necesidades de miniaturizar circuitos y dispositivos. De esta aplicación surgió otra posibilidad: la de que funcionara como detector y filtro de señal. Sin embargo, el problema es que los nanotubos se descubrió que sólo son capaces de detectar (y reaccionar) a la energía comprendida dentro de un rango muy estrecho de longitudes de onda, y necesitan de una intensidad grande para excitarse eléctricamente. Era bastante evidente que habría investigadores interesados en mejorar el rendimiento de dichos tubos para que pudieran transmitir más longitudes de onda con una energía menor.

Entonces fue cuando se les ocurrió la idea de comparar el funcionamiento que deseaban con el funcionamiento real de la retina humana. En el caso de la retina, los fotones de la luz visible inciden sobre unos receptores ópticos (los conos, que son los que permiten ver los colores), excitando las moléculas de que están recubiertos, que transmiten a los nervios esta excitación mediante un impulso eléctrico. Los nervios son los encargados de recoger esta señal y transmitirla hacia el cerebro.

Para conseguir este mismo funcionamiento, a los investigadores de Sandia, liderados por Xinjian Zhou, se les ocurrió que si recubrían la parte externa del nanotubo de carbono con moléculas sensibles a distintas longitudes de onda de la luz visible, éstas, al recibir los fotones de la luz y excitarse, transmitirían esta excitación como si fuera la señal eléctrica de la base de un transistor, haciendo que al recibirla el nanotubo de carbono comenzara a hacer circular una corriente eléctrica. Incluso, como ellos mismos afirman con un punto de humor, este diseño mejora al del propio ojo humano, ya que en éste el receptor cromático está situado detrás del nervio que ha de transmitir la respuesta; en cambio en su diseño las moléculas fotosensibles están encima del nanotubo que ha de transmitir su respuesta.

Basándose en el trabajo teórico de François Leonard y Bryan Wong, en tanto que Zhou y Karen Krafcik crearon el nanotubo transmisor, Andy Vance y Tom Zifer crearon tres tipos de moléculas fotosensibles, una para las longitudes de onda del verde, otra para el rojo, y otra para el amarillo-naranja. El sustrato con el nanotubo fue sumergido en una solución que contenía dichas moléculas, que se depositaron en la superficie externa del carbono, como muestra la figura. Una vez todo el compuesto seco, la respuesta fue inmediata: las moléculas fotosensibles reaccionaban a la luz incidente aunque ésta fuera de baja intensidad y transmitían una señal al nanotubo, que reaccionaba eléctricamente.

Aunque el rango de longitudes de onda a las que reacciona este dispositivo es apenas del 3% del espectro visible, está en el mismo orden de magnitud que las cámaras ópticas corrientes. Y la técnica es escalable, por lo que los creadores de la misma esperan mejorar la respuesta en función de disponer de moléculas fotosensibles más eficientes, y más eficientemente distribuidas sobe la superficie del nanotubo. Incluso se atreven a pronosticar que podrán conseguir respuesta frente a los rayos ultravioleta e infrarrojos, aumentando así el rendimiento de este tipo de dispositivos.

Las aplicaciones comerciales de esta técnica son enormes. Aparte de mejorar la respuesta de las placas solares y otros dispositivos capaces de convertir la energía solar en corriente eléctrica, podrían ser la base la toda una serie de detectores y componentes ópticos aplicables a las pantallas de presentación de datos, dispositivos de alarma (incluso de noche, si logran que los nanotubos detecten el infrarrojo), cámaras fotográficas, prismáticos, telescopios…

Y, como apunta el doctor Leonard en la nota de prensa de los Laboratorios Sandia, además de las aplicaciones prácticas actuales con esto se puede aprender mucho del control del funcionamiento de los nanotubos. Combinado con las aplicaciones del grafeno, las implicaciones para una nueva era de la microelectrónica son inmensas.

1 comentario

Comentar