en la actualidad la necesidad de cada vez fabricar dispositivos más pequeños nos da como prioridad desarrollar más investigaciones sobre nuevas tecnologías o realizar mejoras en tecnologías ya pasadas, en el presente paper se habla sobre los nanotubos de carbono, composición, y obtención, explicaremos sus propiedades electrónicas y usos en la ingeniería.

1. Universidad Politécnica Salesiana.
Ambrosi Bustamante Pablo André
Nanotubos de Carbono.
1
Nanotecnología: Nanotubos de carbono.
Ambrosi Bustamante Pablo André.
pambrosi@est.ups.edu.ec
Universidad Politécnica Salesiana
Sede Cuenca
Resumen—en la actualidad la necesidad de cada vez
fabricar dispositivos más pequeños nos da como prioridad
desarrollar más investigaciones sobre nuevas tecnologías o
realizar mejoras en tecnologías ya pasadas, en el presente
paper se habla sobre los nanotubos de carbono, composición, y
obtención, explicaremos sus propiedades electrónicas y usos
en la ingeniería.
Índice de Términos—Carbono, ingeniería, nanotecnología,
nanotubos de carbono
I. INTRODUCCIÓN
La nanotecnologíaha atraídomucho interés enla comunidad
científica, y sobre todoen las últimas décadasse han hecho
grandes esfuerzospara lograr elcontrol a un nivel atómicoy
molecularenlos procesos industriales.Con la aparición delos
nanomateriales, y su función, las nuevas técnicas
detecnologíade
caracterizaciónse
handiseñado
e
implementado.
Uno delos frutos de esteinterés en elámbito de las
pequeñasdimensionesfuela
obtención
denanotubos
de
carbono(NC)primerosintetizadoen 1991 porIijima [1],
utilizando
el
proceso
deplasmade
grafitopirolíticoenatmósferacontrolada dehelio.A pesar de
lacontemporaneidad deeste descubrimiento, es 1889,se ha
informado deuna patente de EE.UU.que los filamentosde
carbono puedenformar a partir dehidrocarburos, crisoles de
metalcon altotemperaturas [2].
Las numerosas aplicaciones,reales o potenciales, delos
nanotubos
de
carbono
y
la necesidad de controlarlamorfologíaadecuada para suuso,
dan rumbo a la investigación del multidisciplinario
conocimiento en el área de trabajo involucrando factores que
definenel éxito de susaplicaciones, como el procesamiento y la
calidad de síntesisde los NC.
El presente paper tiene como objetivo mostrarlas principales
características de los nanotubos de carbono, los métodos de
síntesis, purificacióny aislamiento, la caracterización, la
manipulacióny algunas de las nuevasaplicaciones de
estosmateriales en la ingeniería.
II. NANOTUBOS DE CARBONO
A. ¿Formación y clases?
Los nanotubos de carbono se forman de arreglos de pequeños
cilindros hexagonales de carbono. Por lo general tienenuna
amplia gama de diferentes magnitudes (variación de diámetro
y tamaños que van desdeanstromgs hasta decenas de
nanómetros) [4]. Desde el punto de vista estructural los
nanotubos de carbono pueden ser de pared simple (NTCPS), y
los nanotubos de pared múltiple (NTCPM), los nanotubos de
carbono de pared simple puedeser considerado comouna sola
hoja degrafitoenrolladasobre sí mismapara formarun tubo
cilíndrico (figura 1), los NTCPM dependen del diámetro y el
ángulo de helicidad [7], están compuestos de una serie de
nanotubo concéntricos que están separados radialmente por
aproximadamente 0.34 nm, poseen un diámetro externo de 10
a 50 nm. (figura 2), Lijima los describió como pequeños tubos
con una estructura una forma parecida a la de una aguja.
[10],[15]. Dependiendo de los valores pares de (n,m) podemos
tener tres tipos de nanotubos de carbono: armchair (n = m),
zig-zag (n, m = 0), quirales (n ≠ m ≠ 0) (figura 3) [10].
Figura 1. Nanotubos de carbono de pared simple.
Figura 2. Nanotubos de carbono de pared múltiple.

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Figura 3. NTCPM: (a) armchair, (b) zig-zag, (c) quiral [17].
Nanotubos de Carbono.
2
pero no reconocidos como tales. Los NTCPMse pueden
produciren un aparato dearco de carbonosimilar a la quese
representa a continuaciónusandoel método descrito
porEbbesenyAjayan [29]. Unarco entredoselectrodos de
grafitoen unaatmósfera de gas. Los NTCPMson producidos
pordescarga de arco largos ytubos rectoscerrados en ambos
extremos, con paredes de grafitoque corre paralelaal eje del
tubo. IijimayBethuneinformóen 1993de queuna descarga de
arcoconun cátodoque contienecatalizadores de metales(tales
como cobalto, hierro oníquel) mezclados con polvo de
grafitoda como resultado un depósitoque contieneNTCPS
[1][15]. Los NTCPSson por lo generalmontadosencuerdas,
peroalgunostubosindividualestambiénse pueden encontrar
enlosdepósitos [30].
III. OBTENCIÓN
Una partedesafiante demuchos experimentoses el crecimiento
delos nanotubos de carbono. En la actualidadno hay
ningunaposibilidad
de
controlarla
estructurade
los
nanotubosytodos losmétodos de fabricacióndieron como
resultadomezclas
denanotubos
condiferenteslongitudesy
diámetros, helicidades. [30]
a)
Sustrato o síntesis
Se realiza mediante un proceso de dos etapas: en la primera se
preparan los catalizadores y en la segunda se crecen los
nanotubos, los catalizadores son preparados generalmente
dispersando nanopartículas de metal de transición sobre un
substrato. Dado que el elemento activo es el metal en estado
elemental, es necesario un tratamiento de reducción con
hidrógeno para inducir la nucleación de partículas catalíticas
en el sustrato. En la siguiente etapa se introduce en el sistema
la fuente de carbono para producir el crecimiento de los
nanotubos.El método del sustrato es muy efectivo y permite
obtener los distintos tipos de filamentos con alta selectividad
pero muy pequeños, lo malo de este método es que se necesita
de mucho dinero para hacer posible la obtención (figura
4).[4][16]
Figura 5. Obtención de los dos tipos de nanotubos por el método de
descarga de arco, visualización en un microscopio de los NTCPS y
los NTCPM [30]
c)
Obtenciónmediante (ablación) laser
Otro método para hacer crecer los nanotubos mediante
ablación con láser fue demostrado en 1996 por el grupo de
Smalley y ha provocado un gran interés. Se mostró que la
síntesis podría llevarse a cabo en un tubo de flujo horizontal
bajo un flujo de gas inerte a presión controlada. En este
montaje el tubo de flujo se calienta a aproximadamente 1200 °
C por un horno. Los pulsos láser entrar en el tubo y golpean
un objetivo que consiste en una mezcla de grafito y un
catalizador de metal tales como Co o Ni. Los NTCPS se
condensan a partir de la pluma de vaporización con láser y se
depositan en un colector fuera de la zona del horno [14] [30].
Figura 4. Método de sustrato o síntesis
b)
Descargas por arco
Ladescarga de arcofue el primer métododisponible parala
producción deambostipos de nanotubos de carbono. Vale la
pena señalarque esta técnicase ha utilizadodurante mucho
tiempopara la producción defibras de carbonoy que esmuy
probable quese observaronlos nanotubos deantes de 1991,
Figura 6. Método de ablación laser usado por Smalley [14]

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d)
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Crecimiento catalítico
Este método se basa en la descomposición de un gas de
hidrocarburo más de un metal de transición para crecer
nanotubos en una deposición de vapor químico (CVD) de
reactor como el que se muestra a continuación: (figura 7)
Figura 7. Descomposición de horno mediante CVD
Filamentos de carbono y fibras han sido producidos por la
descomposición térmica de hidrocarburos desde los años
1960. Por lo general, un catalizador es necesario para
promover el crecimiento. Un enfoque similar fue utilizado por
primera vez en 1993 por Yacamán[6].
Para la producción de NTCPM acetileno se utiliza
normalmente como fuente de átomos de carbono a
temperaturas típicamente entre 600 - 800 º C. Para hacer
crecer los NTCPS la temperatura tiene que ser
significativamente mayor (900 - 1200 ° C) debido al hecho de
que tienen una energía mayor de la formación. En este caso
monóxido de carbono o metano deben ser utilizados debido a
su mayor estabilidad a temperaturas más altas en comparación
con acetileno [13][15].
IV. PROPIEDADES GENERALES
En los nantotubos de carbono entres sus propiedades tenemos
que poseen una capacidad conductora estimada en mil
millones de amperes por centímetro cuadrado, densidad de
1.33 a 1.40 g/cm3, fuerza de 45 mil millones de pascales, la
transmisión de calor tan alta 6000 vatios metro / kelvin en
temperatura ambiente; puede doblarse a grandes ángulos y
vuelve a su estado original sin daño, una estabilidad térmica
aun a 2800 grados Celsius en el vacío y 750 en el aire[6].
a)
Propiedades Electrónicas
Analizaremos a los dos tipos de nanotubos como uno solo ya
que la formación del uno depende del otro (NTCPS y
NTCPM). Los índices de Hamada (n,m) son los que nos darán
la propiedad electrónica de los nanotubos de carbono, si los
índices de Hamada son múltiplos de 3 se puede decir que el
nanotubo se considera metálico caso contrario es un
semiconductor. Todos los nanotubos de tipo "armchair" son
metálicos, mientras que los nanotubos tipo zigzag y quirales
pueden ser metálicos o semiconductores. En los nanotubos de
tipo metálico el transporte de electrones es de forma de bala en
otras palabras inmediato la cual que posibilita
transportarcorrientes en grandes distancias sin emitir calor en
la el nanotubo [7][4]. Haciendo la unión entre
semiconductores con semiconductores, metal con metal y
Nanotubos de Carbono.
3
metal con semiconductor; se pueden obtener otros tipos de
nanotubos de carbono [14].
V. USOS EN LA INGENIERIA
En microelectrónica ya se ha propuesto el uso de los CTN en
aplicaciones tan diversas como transistores TFT flexibles,
memorias no volátiles (NRAM), conectores verticales de solo
150 nm compatibles con la tecnología CMOS y disipadores
térmicos de calor para amplificadores de alta potencia.
También se han propuesto aplicaciones de los CNT en la
fabricación de baterías de iones de litio para ordenadores
portátiles y teléfonos móviles, celdas de combustible, células
solares, e incluso para la purificación del agua. Sin embargo,
la mayoría de estas aplicaciones aún se limita a los
laboratorios de I+D, se espera que su comercialización sea
próxima.[26]
Se habla también de la posible construcción de un ascensor
espacial por parte de la NASA ya que este material es el único
que posee las propiedades para soportar las condiciones que
existen en el espacio y en nuestro planeta tierra.
VI. CONCLUSIONES
Debido al rápido crecimiento tecnológico en nuestro planeta
nos obliga a mejorar tecnologías ya pasadas, el uso de los
nanotubos es de suma importancia en la nanotecnología, las
propiedades físicas y químicas de estos nos amplían los
campos de acción. Las limitaciones en las producciones a
grandes escalas debido a su gran costo y el no
perfeccionamiento de estas técnicas es el mayor impedimento
en el desarrollo de los nanotubos de carbono.
La producción de los nanotubos de carbono la llevan a cabo en
países que son grandes potencias mundiales, países en vías de
desarrollo son incompetentes ante estos ya que la demanda
tecnológica y los gastos para la producción es bastante amplia.
AGRADECIMIENTO
A mi señora madre Jenny Bustamante, mi esposa María
José Aguirre y mi hijo Pablo Ambrosi quienes permitieron la
investigación y desarrollo del tema con su apoyo
incondicional, al Ingeniero René Ávila director de la Carrera
Ingeniería Electrónica y catedrático de la materia Electrónica
Analógica II quien motivó el desarrollo de este paper.
VII.
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Pablo Ambrosi Bustamante.- Nació en Machala,
Ecuador. Estudiante de 5to ciclo de Ingeniería
Eléctrica en la Universidad Politécnica Salesiana
sede Cuenca, miembro IEEE desde el noviembre del
2012, asistente al Andescon (Consejo Andino IEEE
Bianual 2012) y Laticom 2012 (cuarta edición de la
conferencia más importante en las comunidades de
América Latina ) desarrollado en la ciudad de
Cuenca en el mes de noviembre. Tercer lugar en el
concurso Burningbots 2.0 organizado por la rama
IEEE de la UPS Cuenca.
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