Nanomaterials: Propietats i Aplicacions

Bioimplantes

Condicions dels materials per a ser biocompatibles:

• Ser biocompatibles (per definició)
• No ser tòxics
• Químicament estables
• Resistència mecànica adequada
• Densitat i pes adequats
• Temps de fatiga adequat
• Ser relativament barats i reproduïbles

Osteoinducció: es relaciona amb la facilitat de l'implant introduït per diferenciar les cèl·lules, amb l'objectiu que es transformin en osteogèniques (òssies).

Osteoconducció: es relaciona amb el creixement ossi sobre una superfície, al llarg de la seva extensió.

Altres propietats importants:

• Biocompatibilitat
• Resistència a la corrosió
• Duresa
• Resistència al desgast
• Baixa fricció
• Alúmina i Zirconia (antial·lèrgic, color)

Aerogels

Sòlids espumosos mesoporosos amb:

• Baix índex de refracció, transparent o translúcid (efecte de llum difusa)
• Baixa densitat
• Súper hidrofòbics
• Súper aïllants tèrmics i acústics
• Elevada resistència mecànica (si es modifica amb reforçament polimèric), si no, són fràgils i sensibles a esforços petits.

Síntesi: Preparació del sol (Si precursor), gelificació, envelliment i assecat (Assecat supercrític (SCD) o Assecat a pressió ambiental (APD) o Assecat en fred).

Nanotubs de Carboni

Síntesi per:

• Arc de descàrrega
• Vaporització per làser
• Deposició química de vapor

Internament, els nanotubs deuen les seves excepcionals propietats mecàniques al fet que, a diferència del diamant o els alcans, els C aquí presenten electrons lliures en el seu orbital pz; aquests electrons poden contribuir a l'estabilització dels enllaços covalents, que tenen més densitat de càrrega per compartir, i els anells d'hexàgons estableixen conjugació aromàtica per tot el nanotub, pel qual esdevé molt resistent a esforços mecànics.

La presència de defectes estructurals (vacàncies) pot provocar la pèrdua de resistència en determinades regions, conduint a zones de deformació preferents i no desitjades; un gran nombre d'aquests defectes pot provocar una reducció en la seva resistència a la tracció de fins al 85%. Els defectes d'Stone-Wales són comuns i rellevants en la formació i deformació de l'estructura del nanotub; es generen com a conseqüència d'esforços mecànics equivalents al 5-6% de la seva resistència total (no ocorren per si sols, aquesta és la seva “energia d'activació”). Com a resultat, s'acaba canviant fins i tot la quiralitat del SWNT, passant de més caràcter armchair a més zigzag. Tot aquest fenomen condueix a un “defecte de línia”, semblant a una dislocació, i augmentant la probabilitat de deformació plàstica. Són responsables de la reducció del mòdul de Young d'elasticitat, així com la resistència a tracció.

Donat que són els estats π els implicats en les propietats elèctriques d'aquests materials, els efectes de dopatge en un nanotub de carboni difereixen d'altres sistemes cristal·lins. Així com ocorre amb el Si, la substitució d'àtoms de C del nanotub per B o N dopants resulta en semiconducció tipus p i n, respectivament. No obstant això, la introducció de molècules no substitucionals, que quedin intercalades o adsorbides en el nanotub, pot influir en el caràcter semiconductor; així, metalls alcalins i metal·locens rics en electrons tendiran a cedir e^- al sistema π i actuar com a dopants n, mentre que acceptors d'e^- com el FeCl₃ i metal·locens deficients actuaran com a dopants tipus p.

També destacar que a menor radi, major band gap, menor conductivitat. La raó per la qual podem aventurar que el band-gap augmenti a menors diàmetres de tub (fenomen suportat per càlculs teòrics), és que a major diàmetre de tub, es conserva millor l'aromaticitat dels anells entre si, pel qual la conjugació i conducció serà més bona.

En quant a la tèrmica, el transport balístic d'e^- transmissors d'energia tèrmica permet conductivitats al llarg de l'eix del nanotub, en l'eix transversal és negligible.

Aplicacions:

• Additius i fibres: Poden afegits a resines polimèriques com a estabilitzants i dotadors de resistència mecànica.
• Com a transistors degut als defectes en el SWNT.
• Bateries de Li-grafit: Es coneix que, substituint el grafit per nanotubs d'extrem obert en aquestes bateries, s'arriba a duplicar la seva capacitat.