domingo, 20 de octubre de 2013

Carbino: El nuevo material más duro del mundo

Investigadores de la Universidad de Rice utilizaron una simulación por computadora para calcular que el carbino, una cadena monodimensional de átomos de carbono, es el doble de duro que los nanotubos de carbono y tres veces más rígido que el diamante. Si sus hallazgos son correctos y los retos para su manufactura pueden ser superados, el carbine podría convertirse en un material increíblemente útil para un amplio rango de aplicaciones.

Carbono con otro nombre

Para los que recuerdan sus clases de química orgánica, uno de los principales factores que hacen al carbono tan especial es su habilidad para formar enlaces con átomos, incluyendo él mismo, en un número de formas distintas. Incluso la unión entre átomos de carbono solos puede resultar en formas diferentes (o alótropos) de carbono como el grafeno, los nanotubos de carbono y los buckyballs.

Estas formas artificiales ofrecen sorprendentes propiedades en términos de fuerza mecánica y sus posibles aplicaciones, como por ejemplo en la electrónica de la siguiente generación. Por lo tanto, no resulta sorprendente que los científicos estén tratando de descubrir nuevos alótropos de carbono con características similares e incluso superiores.

El carbino, o carbono acetilénico lineal, es otro alótropo de carbono que tiene forma de una cadena simple con enlaces atómicos alternantes simples y triples. Dado que es una cadena que tiene el grosor de un átomo y no una lámina (como el grafeno) o un tubo (como los nanotubos de carbono), es considerado realmente un material de una sola dimensión. Los científicos creen desde hace tiempo que esta única dimensión puede darle al carbino propiedades mecánicas y eléctricas únicas.

Propiedades del Carbino

El profesor Boris Yakobson de la Universidad de Rice y su equipo se dedicaron a la labor de describir las propiedades del carbino empleando la información disponible de investigaciones previas y combinandola en una simulación por computadora que pudiera arrojar más luz acerca de las propiedades de este material elusivo. Después de confirmar que el carbino es estable a temperatura ambiente y que es altamente resistente a la interacción con otras cadenas atómicas de carbino, los científicos confirmaron que este material presenta propiedades sumanente interesantes.

En términos de propiedades mecánicas, su resistencia a la tracción, o su capacidad para resistir el estiramiento, es el doble de la que posee el grafeno. De acuerdo al modelo de computadora, el carbino también es el doble de rígido que el grafeno y tres veces más rígido que el diamante. Curiosamente, la rigidez torsional de carbino se puede modificar mediante la adición de moléculas apropiadas en el extremo de cada cadena de carbono.

De acuerdo a Yakobson, el carbino también cuenta con propiedades eléctricas únicas e interesantes. Otras moléculas pueden ser añadidas a cada final de la cadena para que resulte adecuada para almacenar energía, además, su banda de prohibición, una característica importante que determina su conductividad eléctrica, puede ser aumentada de 3.2 a 4.4 eV con solo estirar el material un diez por ciento, y finalmente, cuando se tuerce unos 90 grados, el carbino se convierte en un semiconductor magnético.

Si estas predicciones son ciertas, entonces la versatilidad de carbino podría algún día conducir a importantes avances en campos que van desde el diseño de nuevos dispositivos de nanoelectrónica y espintrónica hasta la construcción de partes mecánicas con muy altas prestaciones.

Desafortunadamente, conocer sus propiedades y poder aprovecharlas son dos problemas muy distintos. Mientras que el carbino se ha detectado en el polvo interestelar y en grafito comprimido, está resultando muy difícil de recrear en el laboratorio (investigadores sólo han conseguido crear pequeñas cadenas de hasta 44 átomos). Pero por lo menos, estudios como este pueden alentar más inversiones hacia la solución de los problemas prácticos de la fabricación de cadenas más extensas de carbino.

Yakobson y sus colegas han dicho que procederán a estudiar con más cuidado la conductividad del carbino, sobre todo la relación entre torsión y su banda de prohibición. Su trabajo futuro incluirá también determinar si los otros elementos de la tabla periódica también son capaces de formar cadenas monodimensionales similares.




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