miniatura|Models informàtics de diverses estructures estables de nanobuds En nanotecnologia, un nanobrot de carboni és un material que combina nanotubs de carboni i ful·lerens esferoïdals, tots dos al·lòtrops del carboni, formant "brots" units als tubs. Els nanobrots de carboni es van descobrir i sintetitzar el 2006. miniatura|Models informàtics de diverses estructures estables de nanobuds En aquest material, els ful·lerens s'uneixen amb enllaços covalents a les parets laterals externes del nanotub subjacent. En conseqüència, els nanobuds presenten propietats dels nanotubs de carboni i els ful·lerens. Les propietats mecàniques i la conductivitat elèctrica dels nanocabdells són similars a les dels nanotubs de carboni.

Canatu Oyj, una empresa finlandesa, reclama els drets de propietat intel·lectual dels nanobuds, els seus processos de síntesi i diverses aplicacions. miniatura|Captura d'una molècula de ful·lerè addicional per un nanobud

Propietats Els nanobuds de carboni (CNB) tenen algunes de les propietats dels nanotubs de carboni, com ara la conductivitat elèctrica unidimensional, la flexibilitat i l'adaptabilitat a la fabricació, així com algunes de les propietats químiques dels ful·lerens. Exemples d'aquestes propietats inclouen la capacitat de participar en reaccions de cicloaddició i la possibilitat de formar fàcilment enllaços químics capaços d'unir-se a altres molècules amb estructures complexes. Els CNB tenen una activitat química molt més alta que els nanotubs de carboni de paret simple (SWCNT).Albert G. Nasibulin Ilya V. Anoshkin, Prasantha R. Mudimela, Janne Raula, Vladimir Ermolov, Esko I. Kauppinen, "Selective Chemical Functionalization of Carbon Nanobuds," Carbon 50, no. 11 (2012). miniatura|Generació de molècules de ful·lerè (pèpode de carboni) dins d'un nanobud

Propietats elèctriques S'ha demostrat que els CNB tenen propietats electròniques que difereixen de les dels ful·lerens i els nanotubs de carboni (CNT). Els CNB presenten llindars de camp més baixos (la intensitat del camp elèctric necessària per extreure electrons del material mitjançant l'efecte túnel quàntic), així com densitats de corrent i emissions de camp elèctric més elevades que els SWCNT. Els enllaços químics entre la paret del nanotub i els ful·lerens de la superfície poden provocar una transferència de càrrega entre les superfícies. La presència de ful·lerens en els CNB condueix a la formació de feixos més petits (la tendència a agrupar-se o empaquetar-se en estructures semblants a cordes) i a una reactivitat química més alta. Els CNB poden participar en reaccions de cicloaddició i formar enllaços químics que uneixen molècules amb estructures complexes, a causa de la major disponibilitat de la superfície dels CNB als reactius, la presència d'una estructura π-conjugada i anells de 5 àtoms amb un excés d'energia de pirimidització, o l'energia necessària per distorsionar un àtom hibridat amb sp2 en una forma piramidal.Anisimov, Anton. "Aerosol Synthesis of Carbon Nanotubes and Nanobuds.". (2010). L'energia de formació indica que la preparació dels CNB és endotèrmica, és a dir, que no són favorables per a la seva creació.

Tots els CNB poden conduir l'electricitat, independentment de si el CNT de paret simple és una base metàl·lica o semiconductora. La banda prohibida dels nanocapes de carboni no és constant. Poden canviar amb la mida del grup ful·lerè.Albert G. Nasibulin Ilya V. Anoshkin, Prasantha R. Mudimela, Janne Raula, Vladimir Ermolov, Esko I. Kauppinen, "Selective Chemical Functionalization of Carbon Nanobuds," Carbon 50, no. 11 (2012). L'adjunt de C60 afegit a l'orientació de butaca del SWCNT obre la bretxa de banda. D'altra banda, afegir-lo a un SWCNT semiconductor podria introduir estats d'impureses a la banda prohibida, cosa que reduiria la banda prohibida. La banda prohibida dels CNB també es pot modificar canviant la densitat dels carbonis del C60 units a la paret lateral del SWCNT.Xiaojun Wu and Xiao Cheng Zeng, "First-Principles Study of a Carbon Nanobud," ACS Nano 2, no. 7 (2008)

Propietats magnètiques Dues estructures de CNB són ferromagnètiques en el seu estat fonamental i dues no són magnètiques.Min Wang and Chang Ming Li, "Magnetic Properties of All-Carbon Graphene-Fullerene Nanobuds," Physical Chemistry Chemical Physics 13, no. 13 (2011). La molècula de C60 adherida a la superfície dels CNT dóna més espai entre els nanotubs, i l'adhesió entre els CNTS de paret simple es pot debilitar per evitar la formació de feixos compactes de CNT.Albert G. Nasibulin Ilya V. Anoshkin, Prasantha R. Mudimela, Janne Raula, Vladimir Ermolov, Esko I. Kauppinen, "Selective Chemical Functionalization of Carbon Nanobuds," Carbon 50, no. 11 (2012). Els nanobrots de carboni es poden utilitzar com a suport molecular i actuar com a "dents" per evitar que la matriu s'enfonsi en els materials compostos i augmentar-ne la resistència mecànica.

Propietats estructurals L'estabilitat dels CNB depèn del tipus d'enllaç de carboni que es dissocia en la cicloaddició. S'ha demostrat que els àtoms de carboni dels SWCNT propers a la molècula de ful·lerè C60 van ser estirats cap a l'exterior de la superfície de la paret original a causa de l'enllaç covalent amb cicloaddició entre el ful·lerè i el nanotub; a més, el seu enllaç es va transformar d'hibridació sp2 a sp3. Una anàlisi mitjançant espectroscòpia de dispersió Raman mostra que la mostra de CNB tenia una modificació química més forta en comparació amb els CNT. Indica que hi ha una hibridació de carboni sp3 que es produeix després de la creació per addició química de CNB.Albert G. Nasibulin Ilya V. Anoshkin, Prasantha R. Mudimela, Janne Raula, Vladimir Ermolov, Esko I. Kauppinen, "Selective Chemical Functionalization of Carbon Nanobuds," Carbon 50, no. 11 (2012).

Síntesi Els nanotubs de carboni de paret simple poden reaccionar amb els ful·lerens en presència de vapor d'aigua o diòxid de carboni. Produeix un material enllaçat covalentment que s'assembla als brots d'una branca d'arbre, d'aquí el nom "Nanobud".Anisimov, Anton. "Aerosol Synthesis of Carbon Nanotubes and Nanobuds.". (2010).

Els nanobrots es formen en abundància a 45 ppm de vapor d'aigua i més. No obstant això, per sobre de 365 ppm, la reacció donarà un nombre més elevat de partícules de catalitzador inactives en lloc del nanobud.Anisimov, Anton. "Aerosol Synthesis of Carbon Nanotubes and Nanobuds.". (2010).

Referències

Categoria:Nanotecnologia