Los nanocables y nanotubos son estructuras que tienen solo unas mil millonésimas de metro de diámetro, pero muchos miles o millones de veces más largas. se han convertido en materiales de moda en los últimos años.
Existen de muchas formas – hechos de metales, semiconductores, aislantes y compuestos orgánicos – y están siendo estudiados para su uso en electrónica, conversión de energía, óptica y detección química, entre otros muchos campos.
Imagen de microscopio electrónico de barrido muestra una serie de nanocables. Foto: Kristian Molhave. Fuente: https://news.mit.edu/
Descubrimiento
El descubrimiento inicial de los nanotubos de carbono, diminutos tubos de carbono puro, esencialmente láminas de grafeno enrolladas en un cilindro, generalmente se atribuye a un artículo publicado en 1991 por el físico japonés Sumio Ijima (aunque algunas formas de nanotubos de carbono se habían observado antes). Casi de inmediato, hubo una explosión de interés en esta forma exótica de material común.
Los nanocables de fibras cristalinas sólidas, en lugar de tubos huecos, ganaron una prominencia similar unos años después ya que, debido a su extrema delgadez, tanto los nanotubos como los nanocables son esencialmente unidimensionales. «Dos de sus dimensiones están en la escala nanométrica». Esta unidimensionalidad confiere propiedades eléctricas y ópticas distintivas.
Por un lado, significa que los electrones y fotones dentro de estos nanocables experimentan «efectos de confinamiento cuántico», según el profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales del MIT Silvija Gradečak y su equipo.
Sin embargo, a diferencia de otros materiales que producen tales efectos cuánticos, como los puntos cuánticos, la longitud de los nanocables les permite conectarse con otros dispositivos macroscópicos y el mundo exterior.
Estructura y producción
La estructura de un nanocable es tan simple que no hay lugar para defectos y los electrones pasan sin obstáculos a diferencia de los semiconductores cristalinos típicos, en una oblea de silicio siempre hay defectos y esos defectos interfieren con el paso de electrones.
Los nanocables se pueden generar en muchos sustratos diferentes mediante un proceso de deposición de vapor. Pequeñas perlas de oro fundido u otros metales se depositan sobre una superficie; el material de nanoalambre, en vapor, es luego absorbido por el oro fundido y finalmente crece desde la parte inferior de esa cuenta como una delgada columna del material. Definiendo el tamaño de la perla de metal, es posible controlar con precisión el tamaño del nanoalambre resultante.
Los materiales que normalmente no se mezclan fácilmente se pueden desarrollar juntos en forma de nanocables. Por ejemplo, las capas de silicio y germanio, dos semiconductores ampliamente utilizados, “son muy difíciles de fundir juntas en películas delgadas”, según el profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales del MIT Silvija Gradečak. «Pero en los nanocables, se pueden cultivar sin ningún problema». Además, el equipo necesario para este tipo de deposición de vapor se utiliza ampliamente en la industria de los semiconductores y puede adaptarse fácilmente para la producción de nanocables.
Si bien los diámetros de los nanocables y nanotubos son insignificantes, su longitud puede extenderse por cientos de micrómetros, incluso alcanzando longitudes visibles a simple vista. Ningún otro material conocido puede producir proporciones de longitud a diámetro tan extremas: millones de veces más largas que anchas.
Debido a esto, los alambres tienen una relación extremadamente alta de área de superficie a volumen. Eso los hace muy buenos como detectores, porque toda esa superficie se puede tratar para unirse con moléculas químicas o biológicas específicas. La señal eléctrica generada por esa unión se puede transmitir fácilmente a lo largo del cable.
