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1.1 Introducción Los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT – Single Wall Carbon Nanotubes) están constituidos por átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal cilíndrica, de forma que su estructura es la misma que se obtendría si se enrollara sobre sí misma una lámina de grafito. Sus extremos pueden estar cerrados por media esfera de fulereno o pueden estar abiertos. Los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT – Multiwall Carbon Nanotubes) tienen una estructura similar a varios SWCNT concéntricos con diferentes diámetros. En ambos casos su principal característica, que dará lugar a un buen número de propiedades excepcionales, es que muestran una relación longitud/diámetro muy elevada: su diámetro es del orden de los nanómetros y su longitud puede variar desde unas micras hasta milímetros e incluso algunos centímetros. Los MWCNT fueron descubiertos en 1991 por Sumio Iijima, un ingeniero japonés de la empresa NEC. Desde el principio mostraron importantes efectos cuánticos debidos a su estructura casi unidimensional, lo que incentivó a numerosos científicos a trabajar en ellos. Los SWCNT se descubrieron dos años después por el grupo de Iijima en NEC y por otro grupo en el IBM Almaden Laboratory. A partir de su descubrimiento los científicos buscaron la forma de producirlos en el laboratorio. Desde entonces se ha avanzado mucho en los distintos métodos de síntesis que han ido surgiendo, así como en los de caracterización, purificación y separación. Desde el principio la teoría predijo excepcionales propiedades para los nanotubos de carbono, que han podido ser comprobadas experimentalmente a medida que ha evolucionado la instrumentación científica. Las propiedades son diferentes en los SWCNT y los MWCNT. Dependen, además, fuertemente de sus dimensiones (diámetro y longitud) y de los defectos presentes en el nanotubo (vacantes o impurezas ocupando el lugar de un átomo de carbono, deformaciones, inclinaciones,). Pero también dependen de la forma en que están dispuestos los hexágonos de la lámina de grafito, es decir de cómo se enrollaría la hipotética lámina de grafito que daría lugar a nuestro nanotubo. Los índices de Hamada (n,m) cuantifican esta cualidad de los nanotubos de carbono, dando lugar a tres grandes grupos: nanotubos armchair (n=m), nanotubos zigzag (m=0) y nanotubos chiral (n≠m≠0). Las excepcionales propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, químicas y ópticas de los nanotubos de carbono les capacitan para ser utilizados en multitud de aplicaciones, a cuya detección y análisis se dedica este informe. En el desarrollo de cada aplicación se explicarán la propiedad o propiedades de los nanotubos de carbono que la hacen posible. 13 CAPÍTULO 1 Presentación
vt aplicaciones actuales y futuras de los nanotubos de carbono 14 1.2 Objeto de estudio Dos son los objetivos fundamentales de este informe de Vigilancia Tecnológica. En primer lugar, detectar aplicaciones actuales y futuras de los nanotubos de carbono y, por tanto, presentar un estado del arte sobre el tema. En segundo lugar, conocer cuáles son los agentes involucrados a nivel mundial en el desarrollo de las mismas.
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