Los nanotubos de carbono (CNT) son materiales extraordinarios con propiedades únicas, pero tienen un límite de temperatura cuando se exponen al aire.
1. Oxidación del grafito y los CNT
El grafito, el material del que derivan los CNT, es sensible al oxígeno.
Comienza a oxidarse cuando se expone al aire a temperaturas en torno a los 500°C (932°F).
Este proceso de oxidación puede provocar una rápida pérdida de masa, de hasta un 1% diario en determinadas condiciones.
La exposición continuada a temperaturas elevadas en el aire hará que el material pierda espesor y acabe fallando estructuralmente.
Esta característica del grafito afecta directamente a la estabilidad y longevidad de los CNT cuando se exponen a condiciones similares.
2. Temperaturas y entornos operativos
Las temperaturas de funcionamiento del grafito, y por extensión de los CNT, pueden ser significativamente superiores en entornos controlados con niveles reducidos de oxígeno o al vacío.
Por ejemplo, el grafito puede utilizarse hasta 2450°C (4442°F) a presiones de hasta 10-2 torr, y hasta 2150°C (3902°F) a 10-4 torr.
Estas condiciones no son las típicas de la mayoría de las aplicaciones prácticas de los CNT en el aire, pero ponen de relieve el potencial de las operaciones a temperaturas más elevadas en condiciones controladas.
3. Técnicas de preparación y control de la temperatura
La preparación de los CNT suele implicar técnicas como la deposición química en fase vapor potenciada por plasma (PECVD).
Esta técnica puede reducir las temperaturas del sustrato necesarias para el cultivo de CNT de alta calidad.
Tradicionalmente, se necesitaban temperaturas superiores a 800°C, pero los avances en PECVD han permitido el crecimiento de CNT a temperaturas tan bajas como 120°C.
Esta reducción de la temperatura no sólo alivia las restricciones sobre los materiales y sustratos que pueden utilizarse, sino que también ayuda a mantener la integridad de los CNT al evitar la zona de oxidación a alta temperatura.
4. Implicaciones para las aplicaciones
Comprender los límites de temperatura de los CNT en el aire es vital para su integración en diversas aplicaciones, como los dispositivos nanoelectrónicos y los dispositivos de emisión de campo.
Si se garantiza que las temperaturas de funcionamiento permanecen por debajo del umbral de oxidación, se puede preservar la longevidad y el rendimiento de los dispositivos basados en CNT.
Esto es especialmente importante para la preparación in situ de CNT, en la que los materiales se integran directamente en dispositivos a temperaturas más bajas, evitando así el riesgo de oxidación y degradación.
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