La nanoespuma de carbono es una modificación alotrópica del carbono , que es la red más pequeña de nanotubos y grupos de carbono.
La nanoespuma consta de grupos de carbono de baja densidad ensartados en una cuadrícula tridimensional irregular con un período de 5,6 ± 0,4 Å [1] . Cada grupo tiene un diámetro de unos 6 nm y contiene unos 12.000 átomos de carbono [2] conectados en capas similares al grafito con curvatura negativa debido a inclusiones heptagonales en la estructura hexagonal. Esto es opuesto a la estructura de los fullerenos, en los que las capas de carbono tienen una curvatura positiva debido a las inclusiones pentagonales. La estructura a gran escala de la nanoespuma de carbono es similar a la del aerogel , pero su densidad es 100 veces menor que la del aerogel de carbono .
El contenido de hidrógeno es inferior a 100 ppm , el contenido total de otros átomos es inferior a 500 ppm ( incluyendo Fe + Ni , menos de 110 ppm ) [ 2] .
La espuma de carbono es un polvo negro muy ligero. La densidad de la nanoespuma es de aproximadamente 2÷10 mg/cm³ [1] . Este es uno de los sólidos más ligeros (a modo de comparación, la densidad del aire es de 1,2 ÷ 1,3 mg/cm³) [3] .
La nanoespuma de carbono tiene una alta resistividad de 10÷30 MΩ m (a temperatura ambiente) [1] , que disminuye con el calentamiento, es decir, es un semiconductor [4] . Por lo tanto, la conductividad eléctrica de la nanoespuma es mucho menor que la del aerogel de carbono. Esto se debe a que la nanoespuma de carbono tiene numerosos electrones desapareados , cuya presencia Rohde explicó por el hecho de que contiene átomos de carbono con tres enlaces. Esto determina las propiedades semiconductoras de la nanoespuma.
La nanoespuma de carbono tiene fuertes propiedades paramagnéticas y, a temperaturas inferiores a ~92 K ( punto Curie ), se convierte en un ferroimán con un bucle de histéresis estrecho . El campo de saturación es de 0,42 unidades CGSM/g [4] . [2] [5] Tiene un momento magnético "permanente" inmediatamente después de la fabricación, pero este estado solo dura un par de horas. Es la única forma de carbono que es atraída por un imán a temperatura ambiente [3] .
Fue obtenido por primera vez en 1997 por un grupo de científicos de Australia , Grecia y Rusia , que trabajaban en la Universidad Nacional de Australia en Canberra bajo la dirección de Andrey Rode en el estudio de la interacción de la radiación láser con el carbono. El experimento utilizó un láser Nd:YAG con una tasa de repetición de pulso de 10 kHz [1]
La nanoespuma de carbono se obtiene por ablación con láser de carbono vítreo en argón a una presión de ~1÷100 Torr [1] [4] . En este caso, el carbono se calienta a 10.000 °C y se solidifica en forma de nanoespuma.
Debido a su muy baja densidad (2÷10 mg/cm³) y su gran superficie (300÷400 m²/g), la nanoespuma de carbono se puede utilizar para el almacenamiento de hidrógeno en pilas de combustible [6] .
Las propiedades semiconductoras de la nanoespuma se pueden aprovechar en la electrónica .
La neutralidad química y la resistencia de la nanoespuma abren amplias posibilidades para el uso de la nanoespuma en medicina:
| Alotropía del carbono | |
|---|---|
| sp 3 | |
| sp 2 | |
| sp | Carabina |
| mixto sp 3 / sp 2 | |
| otro |
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| hipotético |
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| relacionado |
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