¿Qué son las nanofibras de carbono y para que se utilizan?

junio 1, 2022by Kalstein
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Las nanofibras de carbono son un material sintético filamentoso de carbono nanoestructurado de naturaleza grafítica, cuyas propiedades brindan ventajas en distintos campos de aplicación como la catálisis o materiales compuestos. Se estructura esta determinada por láminas grafénicas que forman fibras de diámetros de 3 a 100 nm y longitudes que varían entre varios cientos de nanómetros y micras, que en ocasiones presentan un hueco en su interior. Debido a su bajo costo y propiedades únicas las nanofibras de carbono son utilizadas cada vez más como aditivos en diversos materiales.

Este material puede producirse a través de descomposición catalítica de un gas portador de átomos de carbono (metano o etileno) en metales de transición (níquel, cobalto, o hierro). Su diámetro y estructura interna estará determinada por las características específicas de su proceso de síntesis, donde es de destacar la forma de las partículas catalíticas y la composición del catalizador, temperatura de la síntesis, composición y caudales de la mezcla de gases.

Características y tipos de nanofibras de carbono

Según la disposición de los grafenos, quienes forman un ángulo determinado respecto al eje de las nanofibras, se pueden clasificar las mismas en tres tipos principales: platelet o perpendiculares, fishbone o inclinadas, y parallel o paralelas.

Las nanofibras de carbono combinan una serie de características, derivadas de su estructura y composición, que difícilmente pueda encontrarse en otro tipo de materiales, lo que las convierte en un material innovador para su explotación en otras áreas industriales. Su estructura se caracteriza por presentar porosidad, con un rango determinado de macro y mesoporos, y un aspecto cristalino, con una elevada conductividad eléctrica y térmica, y una elevada resistencia química.

Diferencias entre nanofibras y nanotubos de carbono

La principal diferencia entre nanofibras y nanotubos de carbono se encuentra especialmente en la disposición de las láminas grafénicas que las conforman. Los nanotubos están formados por una o varias láminas enrolladas sobre sí misma y formando cilindros concéntricos, y las nanofibras tienen láminas de grafeno dispuestas de múltiples formas distintas.

Esta gran diferencia estructural hace que sus propiedades difieren notablemente. Ya que los nanotubos tienen una mayor resistencia mecánica, pero las nanofibras poseen mayor facilidad para anclar grupos funcionales que ayudan al procesado posterior.

Síntesis de nanofibras de carbono

Existen distintos métodos para la síntesis de las nanofibras de carbono, entre los que destaca la descomposición catalítica de hidrocarburos, otros métodos pueden ser la descarga de arco eléctrico o la activación de grafito por vaporización láser, pero el método mencionado en primer lugar permite obtener grandes cantidades del material.

El mecanismo de la formación de nanofibras de carbono ha sido objeto de controversia, específicamente acerca del estado activo del metal responsable del crecimiento, pero lo que sí está claro es que el mismo consiste en una serie de etapas durante el crecimiento de las nanofibras, que conllevan finalmente a que el carbono precipite en forma de láminas grafénicas, que se disponen formando un determinado ángulo con el eje. Y que la estructura del metal juega un papel clave en dicho proceso de crecimiento. Es decir, el procedimiento para la producción de nanofibras de carbono se caracteriza por la utilización de un catalizador metálico específico y unos parámetros de producción específicos.

Ventajas de las nanofibras de carbono

  • Buena resistencia tanto a medios ácidos como básicos.
  • Estabilidad estructural a altas temperaturas.
  • Relativa flexibilidad en la distribución de los tamaños de los poros.
  • Propiedades químicas superficiales controlables.
  • Fácil recuperación de la fase activa mediante combustión de carbono.
  • Poseen altas características mecánicas de resistencia.
  • Poseen conductividad eléctrica y térmica. Cuentan con propiedades térmicas únicas y blindaje eléctrico.
  • Capacidad de deformarse reversiblemente bajo la acción de diferentes tipos de carga sin fallar.
  • Bajo costo

Aplicaciones de las nanofibras de carbono

La principal aplicación de las nanofibras de carbono es su utilización como soporte de electrocatalizadores para pilas de combustible. Estos dispositivos convierten la energía química de un combustible en energía eléctrica de una manera muy eficiente.

El empleo de las nanofibras de carbono para este proceso ha traído consigo muchas ventajas, como la mejora de la difusión de reactivos y productos, contribuyendo de esta manera al aumento de la actividad electrónica y elevando la interacción metal-soporte.

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