Nanotubos de Carbono - una revolucion en el refuerzo de compuestos?

Un estudio reciente realizado por el Instituto de Polímeros y Compuestos de la Universidad de Tecnología de Hamburgo ha comparado el preimpregnado de fibra de carbono unidireccional modificado con nanotubos de carbono de pared puro y solo. A concentraciones ultra bajas de 0,01 y 0,05% en peso, los nanotubos mejoraron significativamente las propiedades de fractura y el comportamiento de fatiga.

La fibra de carbono 'prepeg' es una fibra de carbono convencional que se ha pregrabado con resina catalizada (típicamente epoxi) durante la fabricación. Los prepregs son utilizados típicamente por los fabricantes que están interesados ​​en minimizar el peso de su parte. Por ejemplo, las aplicaciones típicas pueden incluir productos aeroespaciales, de carreras, artículos deportivos, recipientes a presión y productos comerciales.

Según lo descrito por Jens Schneider, Líder de Desarrollo y Apoyo OCSiAl para adhesivos y materiales compuestos, en un próximo artículo de la Revista JEC, el estudio del Instituto de Polímeros y Compuestos de la Universidad de Tecnología de Hamburgo, comparó un sistema prepreg de epoxi termofundible puro con uno que fue modificado con un concentrado industrialmente disponible que contiene nanotubos de carbono de pared única TUBALL producidos por OCSiAl. Los nanotubos de carbono tienen propiedades excepcionales - incluyendo una resistencia y rigidez extraordinarias - que los hacen útiles en una gama de ciencias y tecnologías (ver aquí un informe anterior sobre los nanotubos de carbono). El preimpregnado de fibra de carbono unidireccional contenía fibras de carbono Mitsubishi del tipo Grafil 34-700.

Los sistemas preimpregnados puros y modificados se sometieron a condiciones de servicio ordinarias, específicamente un impacto de 28,3 J. Los especímenes puros tenían un área media de delaminación de 3940 ± 469 mm2, mientras que para los especímenes con un contenido de nanotubos de 0,01% en peso esto era 3830 ± 474 mm2, y para aquellos con una modificación de 0,05% en peso de nanotubos, el área media de delaminación fue de 3180 ± 127 mm2. Por lo tanto, los especímenes modificados con 0,05% en peso de nanotubos registraron una reducción significativa del área de delaminación del 19% (véase la figura). Además, la compresión después de la resistencia al impacto se incrementó en aproximadamente un 5%.

Los resultados han alentado a la Universidad de Tecnología de Hamburgo para continuar la prueba de materiales avanzados de alto desempeño creados con el uso de nanotubos de carbono de pared única TUBALL. En otros lugares, los grandes fabricantes están llevando a cabo ensayos industriales. Se espera que otros resultados demuestren un alto potencial para compuestos de alta calidad para una amplia gama de aplicaciones en los sectores aeroespacial, automotriz, deportivo, industrial y otros.

OCSiAl sintetiza casi el 90% de la capacidad mundial de nanotubos de carbono de una sola pared. La empresa afirma que su enorme cuota de mercado es el resultado de la tecnología única que ha desarrollado que le permite producir nanotubos de carbono de alta calidad de pared única, bajo la marca TUBALL, a escala industrial ya un precio 75 veces inferior al de de los análogos más cercanos.

Speciality Chemical Magazine
23 Enero 2017

Las pinturas inteligentes prometen facilitar la indentificacion y reparacion de grietas o corrosion en puentes y otra infraestructura

Sería mucho más fácil de localizar y reparar los daños a los puentes, turbinas eólicas y otros objetos mudos, si esos objetos pudieran decirnos cuál era el problema. Investigadores de la Universidad de Strathclyde, en Gran Bretaña, dirigido por Mohamed Saafi, están, por lo tanto, tratando de darles una voz, elaborando un nuevo tipo de pintura inteligente.

Esta esta compuesta de lo que suena como una mezcla extraña: cenizas volantes (un desperdicio de grano fino de las centrales eléctricas de carbón), nanotubos de carbono (moléculas cilíndricas de carbono elemental), y dos aglutinadores, hidróxido de sodio y silicato de sodio. El resultado es un material similar al cemento, lo que la hace una pintura adecuadamente resistente. Cuando se seca, las cenizas volantes actúan como un revestimiento, capaces de soportar los elementos en los lugares expuestos. Los nanotubos de carbono están ahí para conducir la electricidad.

La parte inteligente es que la conductividad de los tubos se ve afectada por las grietas en, o corrosión de, la superficie pintada. Cuando se pone bajo esfuerzo, por ejemplo, los nanotubos se doblan y se vuelven menos conductivos. Si son inundados por iones de cloruro, como resultado de la corrosión por agua salada, aumenta su conductividad. Esto hace que sea posible controlar el daño.

El voltaje pasando a través de cualquier parte del área pintada se puede medir de forma remota, con una matriz de electrodos distribuidos a través de su superficie, y los datos para toda la estructura son transmitidos, vía un transmisor central, a un computador. Usando una técnica médica de imágenes llamada tomografía de impedancia eléctrica, el Dr. Safi y su colega David McGahon están diseñando un software que puede dibujar un mapa de la conductividad de toda una estructura pintada.

La nanotecnología ha sido antes utilizada en pinturas. A veces, el objetivo es pegar la pintura fuertemente al material que se ha aplicado. A veces es para canalizar las moléculas de agua de manera eficiente, manteniendo así una superficie limpia. Algunas pinturas incorporan pequeñas partículas de plata, que capturan los contaminantes atmosféricos. Pero la pintura inteligente del Dr. Saafi es nueva en varias formas.

Es barata, por lo que es posible imaginar estructuras completas construidas con ellas, en lugar de cemento. También es versátil, teóricamente capaz de detectar una amplia gama de tensiones y contaminantes. Si funciona bien, hay actualmente 3,500 turbinas eólicas - y seguimos contando - sólo en Gran Bretaña que podría hacerse con una capa de la misma.

The Economist
03 Marzo 2012

Lo ve, no lo ve… Crean el paño de la "invisibilidad"

Un tanque grabado con silicio sin la manta de nanotubos y el mismo objeto cubierto con el paño de nanotubos.

No es magia, ni es la capa de Harry Potter, es pura ciencia. Investigadores de la Universidad de Michigan desarrollaron un método con tubos a escala nanómetrica que permite hacer "invisibles" objetos tridimensionales. 

Los científicos usaron diminutos tubos de carbono para esconder objetos y hacerlos imperceptibles a la visión humana. Los nanotubos están formados por capas de grafeno de un átomo de espesor, enrolladas en tubos cilíndricos.

Los científicos hallaron que dichas unidades pueden ser usadas para oscurecer objetos, lo cual, en términos prácticos, significa que los objetos que se cubran con una capa de esos nanotubos sólo se verán como una lámina negra plana. Los autores del estudio señalaron que "bosques" de ese material podrían ser usados en el futuro para cubrir una nave espacial en el espacio profundo.

De acuerdo con el grupo de la universidad estadounidense, la tecnología funciona porque el "índice de refracción de los nanotubos es muy cercano al del aire". Esto significa que ellos consiguen reducir la velocidad de la luz a un grado similar. Como resultado, hay muy poca dispersión de luz al momento de pasar desde el aire hasta la capa de nanotubos.

Esconder
Haofei Shi, el investigador que dirigió el estudio, señaló que el material "funciona como una tela negra perfecta que puede ocultar por completo la estructura tridimensional de un objeto".

En el futuro, aseguran los investigadores, grandes cantidades de nanotubos pudiesen ocultar una nave espacial.

Para probar su teoría, los científicos grabaron una pequeña imagen tridimensional de un tanque hecho de silicio. Cuando se vio a través de un microscopio, los contornos del tanque pudieron verse claramente bajo la luz blanca. Sin embargo, cuando la capa de nanotubos se colocó, la estructura del tanque desapareció y no se pudo distinguir del fondo.

La investigación sera publicada en la revista especializada Applied Physics Letters (Cartas de Física Aplicada). Este grupo no es el primero que asegura que los nanotubos de carbono pueden ser usados para crear telas de invisibilidad. Un científico de la Universidad de Texas en Dallas demostró recientemente que laminas transparentes del material desaparecieron de la vista cuando se sumergieron en un líquido y se calentaron.

El doctor Ali Aliev señaló que el material provocó un efecto de espejismo al hacer que la luz se curvara a su alrededor.El experto asoció el efecto a los "charcos de agua" que a veces creemos ver a lo lejos en la carretera, durante un día caluroso. Aliev indicó que el material podría, en el futuro, ser trabajado a escala macro para esconder objetos grandes, incluyendo vehículos militares.
Al espacio
Las propiedades de los nanotubos de carbono para absorber la luz también están en la mira de los investigadores de la Nasa. La agencia especial dijo a inicios de este año que se encontraba estudiando el uso de la sustancia para crear un nuevo tipo de pintura negra. La capa puede absorber más de 99% de la luz visible, ultravioleta, infrarroja y la luz en el rango del infrarrojo cercano.

La Nasa informó que podría usarse en detectores y en componentes de instrumentos en los que la luz difusa causa problemas. Debido a que el material refleja cientos de veces menos luz que las pinturas actualmente usadas, la organización indicó que podría ayudar a crear equipamientos que puedan medir la distancia de objetos como planetas en órbita, estrellas afuera de nuestro sistema solar.

"Es un material muy prometedor", dijo el científico de la Nasa, Ed Wollack. "Se trata de un (material) robusto, ligero y muy negro", dijo el experto.

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Redacción - BBC Mundo
24 de noviembre de 2011

Un nuevo compuesto biodegradable facilita la regeneración del hueso

Un nuevo compuesto biodegradable facilita la regeneración del hueso en casos de pérdida sustancial, según una tesis defendida en la UPV/EHU

Los ensayos in vivo sobre el soporte desarrollado muestran que el hueso nuevo ya ha empezado a crecer al cabo de tres semanas

Un injerto de hueso colocado en 

posición

Los huesos tienen capacidad de regenerarse por sí solos cuando sufren algún daño parcial. Sin embargo, la realidad es bien distinta cuando se trata de una lesión traumática o tumoral y la pérdida del tejido es sustancial. Hoy en día, estos casos se tratan con diferentes tipos de injertos, pero presentan varias desventajas: rechazo, contaminación o limitación de donaciones. Por tanto, la tendencia actual de la ingeniería tisular ósea es desarrollar materiales que puedan sustituir temporalmente al hueso e inducir su regeneración, de manera que este material, temporal, vaya desapareciendo a medida que el hueso recupere su espacio. Beatriz Olalde, investigadora de la Unidad de Salud de Tecnalia, trabaja en la creación de uno de estos compuestos. Con los resultados obtenidos hasta ahora, ha presentado su tesis doctoral en la UPV/EHU, titulada Desarrollo de un nuevo soporte poroso nanocompuesto biodegradable para la regeneración tisular ósea. 

El soporte poroso o la espuma desarrollada por Olalde y presentada en su tesis es totalmente novedosa. El objetivo era fabricar un soporte poroso biodegradable que, mientras sustituye temporalmente al hueso dañado, sea capaz de inducir su proceso de regeneración ósea. Con este propósito, ha desarrollado un compuesto que es capaz de interactuar con las células óseas o el tejido óseo colindante tanto química como eléctricamente, para así acelerar la recuperación del hueso.

Ácido poliláctico, hidroxiapatita y nanotubos de carbono
La base de la composición del soporte poroso que se presenta en la tesis es un polímero biodegradable: el ácido poliláctico. Se trata de un material muy utilizado en medicina que, debido a su propiedad biodegradable, desaparece a medida que el hueso crece. A ello le ha añadido una biocerámica, la hidroxiapatita. Los polímeros tienen dificultades para atraer a las células y, por lo tanto, la función de la hidroxiapatita, que aporta calcio, es facilitar la integración del soporte en las células óseas que le rodean.

Finalmente, el compuesto contiene también nanotubos de carbono. Éstos mejoran las propiedades mecánicas de los polímeros, que están limitados en este aspecto y, por lo tanto, pueden romperse ante la resistencia ósea. Además, son los nanotubos de carbono los que le dan carácter eléctrico al soporte poroso, ya que tanto el ácido poliláctico como la hidroxiapatita son materiales aislantes. De esta manera, se puede aplicar un campo eléctrico, de forma que las células óseas se dirijan al soporte poroso y se acelere el proceso de regeneración.

Según explica Olalde en la tesis, las pruebas realizadas con el nuevo soporte poroso, entre las que se incluyen experimentaciones in vitro e in vivo, han resultado satisfactorias. La espuma tiene unas propiedades mecánicas óptimas, de manera que soporta bien el hueso y no se rompe una vez implantada. Además, en los primeros resultados in vivo, obtenidos tres semanas después de ser implantado el soporte poroso, ya se observa crecimiento de hueso. Asimismo, tras 16 semanas, este nuevo hueso presenta unas propiedades (mecánicas, histomorfométricas  y densitométricas) similares a las del hueso intacto o sano.
  Sobre la autora
Beatriz Olalde Graells (Donostia-San Sebastián, 1979) es doctora en Ciencia Químicas. Ha redactado la tesis bajo la dirección de María Jesús Jurado, de la Unidad de Salud de Tecnalia, e Isabel Goñi y Mariló Gurruchaga, del Departamento de Ciencia y Tecnología de Polímeros de la Facultad de Ciencias Químicas de la UPV/EHU, en Donostia-San Sebastián. Olalde ha realizado gran parte de su tesis en la Unidad de Salud de Tecnalia, pero también ha colaborado con la Universidad de Aberdeen, en Escocia, y el Instituto de Biomecánica de Valencia (IBV). En la actualidad, trabaja como investigadora en el Departamento de Biomateriales y Nanotecnologías de la Unidad de Salud de Tecnalia.