Ingenieros trabajan en la tela del futuro
Una nueva aplicación del carbono para crear textiles que recarguen baterías o administren medicamentos.
Ariel Pérez
EE.UU. Los ingenieros de la Universidad de Cincinnati están consolidando una asociación con la Base de la Fuerza Aérea estadounidense Wright-Patterson para crear prendas que puedan cargar teléfonos celulares, otros dispositivos y administrar medicamentos.
Lo que hace que esto sea posible son las propiedades únicas de los nanotubos de carbono: un gran área de superficie que es fuerte, conductora y resistente al calor.
La Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UC tiene un acuerdo de cinco años con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea para realizar investigaciones que pueden mejorar las aplicaciones de la tecnología militar.
El profesor de la UC Vesselin Shanov codirige Nanoworld Laboratories de la UC con el socio de investigación y profesor de UC Mark Schulz. Juntos, aprovechan su experiencia en ingeniería eléctrica, química y mecánica para crear materiales "inteligentes" que pueden alimentar productos electrónicos.
"El mayor desafío es traducir estas hermosas propiedades para aprovechar su resistencia, conductividad y resistencia al calor", dijo Shanov.
Schulz dijo que la fabricación se acerca a la era de un renacimiento del carbono. Los nanotubos de carbono reemplazarán el cable de cobre en automóviles y aviones para reducir el peso y mejorar la eficiencia del combustible. El carbono filtrará nuestra agua y nos dirá más sobre nuestras vidas y cuerpos a través de nuevos sensores biométricos. También reemplazará el poliéster y otras fibras sintéticas. Y dado que los nanotubos de carbono son los objetos más negros que se encuentran en la Tierra, absorbiendo el 99.9 por ciento de toda la luz visible, se podría decir que el carbono es el nuevo negro.
"En el pasado, los metales dominaban los productos manufacturados", dijo Schulz. "Pero creo que el carbono reemplazará a los metales en muchas aplicaciones”.
"Va a haber una nueva era de carbono: una revolución del carbono", concluyó Schulz.
Los investigadores utilizan un proceso químico para crear los nanotubos. Luego extienden el pequeño cuadrado fibroso sobre un carrete industrial en el laboratorio. De repente, esta pequeña lámina de carbono se convierte en un hilo hilado que se asemeja a la seda de araña que se puede convertir en un carretel de textiles.
"Es exactamente como un textil", dijo Shanov. "Podemos ensamblarlos como un hilo de máquina y usarlos en aplicaciones que van desde sensores para rastrear metales pesados ??en agua o dispositivos de almacenamiento de energía, incluidos súper condensadores y baterías".
Para los militares, esto podría significar reemplazar las baterías pesadas que cargan el creciente número de productos electrónicos que componen la carga de un soldado: luces, visión nocturna y equipo de comunicaciones.
Uso en la medicina
También se investiga cómo los nanotubos de carbono pueden ayudar a administrar dosis específicas de medicamentos.
"En el exterior, puedes agregar una molécula de proteína. Las células leerán eso y dirán, 'Quiero comer eso'. Así que podemos administrar medicamentos para respaldar células sanas, restaurar células enfermas o incluso eliminar células cancerosas", dijo Mark Haase, estudiante graduado de la universidad.
Pero antes quieren asegurarse de que los nanotubos de carbono no sean tóxicos.
"Es por eso que se hemos estado avanzando lentamente", dijo Haase. "La investigación ha encontrado que en exposición alta o aguda, los nanotubos de carbono pueden causar daño pulmonar similar al amianto. Lo último que queremos hacer es curar un cáncer con estos solo para encontrar que te da uno diferente".
Los resultados preliminares han sido prometedores.
Se trata de una tecnología costosa
"Estamos trabajando con clientes que se preocupan más por el rendimiento que por el costo. Pero una vez que perfeccionamos la síntesis, la escala aumenta considerablemente y los costos deberían bajar en consecuencia ", dijo Haase. "Entonces veremos los nanotubos de carbono en muchas, muchas más aplicaciones".
Por ahora, el laboratorio de UC puede producir aproximadamente 50 yardas de hilo de nanotubo de carbono a la vez para su investigación. Hasta entonces, la producción en masa sigue siendo uno de los mayores problemas no resueltos para la tecnología de nanotubos de carbono, dijo Benji Maruyama, quien dirige la Dirección de Materiales y Fabricación en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea.
"Todavía hay mucho trabajo por hacer en la ampliación del proceso. Sacar una fibra de nanotubos de carbono de un disco de silicio es bueno para la investigación a escala de laboratorio, pero no para hacer un ala de avión o un traje de vuelo ", dijo Maruyama.
"La gran ventaja de los nanotubos de carbono es que no hay escasez de materiales. Solo requiere un catalizador de metal, usamos hierro y níquel, y carbono. No es escaso ", dijo Maruyama. "Entonces, cuando hablamos de producir millones de toneladas por año de nanotubos de carbono, no estamos generando millones de toneladas de algo raro".
El objetivo final es convertir la investigación académica de UC en soluciones a problemas reales, dijo Shanov.
"Tenemos el lujo en la academia de poder explorar diferentes aplicaciones", dijo Shanov. "No todos ellos pueden llegar al mercado. Pero incluso si el diez por ciento lo hace, sería un gran éxito".
Artículo en inglés aquí.
Ariel Pérez
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