{"id":84182,"date":"2008-11-01T10:40:00","date_gmt":"2008-11-01T12:40:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2008\/11\/01\/bienvenidas-las-impurezas-2\/"},"modified":"2016-09-19T17:48:07","modified_gmt":"2016-09-19T20:48:07","slug":"bienvenidas-las-impurezas-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/bienvenidas-las-impurezas-2\/","title":{"rendered":"Bienvenidas las impurezas"},"content":{"rendered":"
\"Conexiones

Alexandre Rocha\/ UFABC<\/span><\/a> Conexiones vol\u00e1tiles: mol\u00e9culas de amon\u00edaco (las esferas de color azul y blanco<\/em>) interact\u00faan con \u00e1tomos de nitr\u00f3geno (las esferas azules<\/em><\/span>) de la pared de los nanotubos y alteran la transmisi\u00f3n de electricidadAlexandre Rocha\/ UFABC<\/span><\/p><\/div>\n

Algunos a\u00f1os atr\u00e1s, el equipo de los investigadores mexicanos Maur\u00edcio y Humberto Terrones demostr\u00f3 que pel\u00edculas revestidas con nanotubos de carbono, cilindros microsc\u00f3picos formados por miles de \u00e1tomos de carbono ordenados en hex\u00e1gonos, pueden funcionar como detectores de gases t\u00f3xicos. En menos de medio segundo, dichas pel\u00edculas acusaron la presencia en el aire de concentraciones muy bajas de vapor de amon\u00edaco, \u00f3xido n\u00edtrico o etanol, gases irritantes que pueden causar da\u00f1os a los pulmones y, en casos extremos, pueden matar. En los experimentos, el grupo de M\u00e9xico constat\u00f3 tambi\u00e9n que los sensores m\u00e1s eficientes no eran aqu\u00e9llos con nanotubos formados exclusivamente por carbono. Los m\u00e1s sensibles, capaces de detectar unas pocas mol\u00e9culas de gas t\u00f3xico entre miles de millones de otras mol\u00e9culas, conten\u00edan nanotubos con \u00e1tomos del elemento qu\u00edmico nitr\u00f3geno en su composici\u00f3n \u2014\u00a0cuando los nanotubos tienen otros elementos adem\u00e1s del carbono, los f\u00edsicos dicen que contienen impurezas.<\/p>\n

En el art\u00edculo en el cual describieron los resultados en 2004 en Chemical Physics Letters<\/em>, los Terrones explicaron el buen funcionamiento de los sensores con impurezas por la interacci\u00f3n de mol\u00e9culas de gases t\u00f3xicos con los \u00e1tomos de nitr\u00f3geno en la pared de los nanotubos. Analizando esos resultados, f\u00edsicos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) y de la Universidad Federal del ABC (UFABC) demostraron en dos art\u00edculos recientes que los mexicanos estaban tan s\u00f3lo parcialmente en lo cierto. Las mol\u00e9culas de amon\u00edaco, \u00f3xido n\u00edtrico y etanol efectivamente se conectan con los \u00e1tomos de nitr\u00f3geno del nanotubo, pero aparentemente, no como los Terrones hab\u00edan sugerido.<\/p>\n

A partir de simulaciones de computadora, Mariana Rossi Carvalho, Antonio Jos\u00e9 Roque da Silva y Adalberto Fazzio observaron que las impurezas formadas por cuatro \u00e1tomos de nitr\u00f3geno que ocupan posiciones en torno al espacio dejado por dos \u00e1tomos de carbono son m\u00e1s estables que aqu\u00e9l en que tres \u00e1tomos de nitr\u00f3geno se disponen alrededor del vac\u00edo dejado por un carbono. A diferencia de los brasile\u00f1os, los mexicanos cre\u00edan que las mol\u00e9culas de amon\u00edaco se un\u00edan a las impurezas compuestas por tres nitr\u00f3genos. En su tesina de maestr\u00eda, Mariana not\u00f3 que, adem\u00e1s de ser m\u00e1s estables, la remoci\u00f3n de dos carbonos y la sustituci\u00f3n de otros cuatro por cuatro nitr\u00f3genos tambi\u00e9n consumen menos energ\u00eda, raz\u00f3n por la cual ocurrir\u00edan en mayor cuantidad en los nanotubos.<\/p>\n

Sin embrago, era necesario verificar si las sustituciones de \u00e1tomos previstas en el modelo te\u00f3rico explicar\u00edan las consecuencias observadas en la pr\u00e1ctica \u2014\u00a0la sustituci\u00f3n de los carbonos por los nitr\u00f3genos altera el transporte de cargas el\u00e9ctricas por los nanotubos. Con Fazzio y Da Silva, el f\u00edsico Alexandre Rocha desarroll\u00f3 un programa de computadora capaz de representar situaciones pr\u00f3ximas a las de la realidad, cuando miles de impurezas se distribuyen aleatoriamente a lo largo de nanotubos formados por hasta 100 mil \u00e1tomos de carbono. “Es la primera vez que se trata con c\u00e1lculos rigurosos el transporte de carga en nanotubos formados por un n\u00famero tan grande de \u00e1tomos, de hasta 1.000 nan\u00f3metros de extensi\u00f3n [un nan\u00f3metro corresponde a una millon\u00e9sima parte de un mil\u00edmetro y es alrededor de 100 mil veces menos que el espesor de pelo]”, afirma Fazzio, profesor de la USP y rector de la UFABC.<\/p>\n

Rocha simul\u00f3 la interacci\u00f3n de mol\u00e9culas de amon\u00edaco \u2014\u00a0compuestas por un \u00e1tomo de nitr\u00f3geno y tres de hidr\u00f3geno (NH3) \u2014\u00a0con dos tipos de impurezas en los nanotubos: aqu\u00e9l en que tres nitr\u00f3genos sustituyen a un carbono y la impureza en que cuatro nitr\u00f3genos ocupan el espacio dejado por dos carbonos. Constat\u00f3 que, tanto en el primer caso como en el segundo, la mol\u00e9cula de amon\u00edaco se rompe de la misma manera: un \u00e1tomo de hidr\u00f3geno se conecta a dos nitr\u00f3genos de la impureza, mientras que el nitr\u00f3geno y los otros dos hidr\u00f3genos restantes del amon\u00edaco se unen a un tercer nitr\u00f3geno.<\/p>\n

La diferencia radica en la energ\u00eda consumida por esas interacciones. Es necesario tener diez veces m\u00e1s energ\u00eda para que la mol\u00e9cula de amon\u00edaco se rompa y sus subproductos se unan a la impureza formada por tres nitr\u00f3genos y no a la de cuatro, seg\u00fan un art\u00edculo publicado en Physical Review Letters<\/em> del 2 de mayo de este a\u00f1o. Este resultado indica que es mucho m\u00e1s probable que el amon\u00edaco se una a las impurezas formadas por cuatro \u00e1tomos de nitr\u00f3geno. Como en ese caso la energ\u00eda de ligaz\u00f3n es m\u00e1s baja, se hace m\u00e1s f\u00e1cil reutilizar el sensor de gas formado por los nanotubos. “Es posible remover el amon\u00edaco del nanotubo con un chorro de aire o con el aumento de la temperatura”, comenta Rocha.<\/p>\n

Faltaba analizar qu\u00e9 suced\u00eda despu\u00e9s que el amon\u00edaco se uniera a los dos tipos de impurezas de los nanotubos. Al rodar el programa centenas de veces con niveles diferentes de ese gas, los f\u00edsicos observaron que cargas el\u00e9ctricas flu\u00edan m\u00e1s f\u00e1cilmente a trav\u00e9s de los nanotubos a medida que las mol\u00e9culas de amon\u00edaco se un\u00edan a los defectos de tres nitr\u00f3genos. En el caso de los defectos formados por cuatro nitr\u00f3genos, sucedi\u00f3 lo contrario: cuanto m\u00e1s mol\u00e9culas de amon\u00edaco se adher\u00edan al nanotubo, mayor era la resistencia al transporte de carga, un efecto similar al registrado por los mexicanos en los experimentos con los gases t\u00f3xicos. Era la prueba de que la estructura planteada por los brasile\u00f1os explicaba los resultados experimentales de los hermanos Terrones. “Ese resultado es importante para la fabricaci\u00f3n de nanosensores de gas, porque indica que es viable producir aparatos sumamente sensibles”, comenta da Silva. “Observamos cambios significativos en la capacidad de transmitir cargas el\u00e9ctricas incluso en bajas concentraciones de amon\u00edaco.”<\/p>\n

El Proyecto
\n<\/strong>Simulaci\u00f3n y modelado de nanoestructuras y materiales complejos; Modalidad\u00a0<\/strong>Proyecto tem\u00e1tico;\u00a0Coordinador\u00a0<\/strong>Adalberto Fazzio \u2014\u00a0IF-USP; Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 692.178,08 (FAPESP)<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos
\n<\/em>VILLALPANDO-P\u00c1EZ, F. et al<\/em>. Fabrication of vapor and gas sensor using films of aligned CNx nanotubs<\/a>. Chemical Physics Letters<\/strong>. v. 386, p. 137-142.\u00a0 6 fev. 2004.
\nROCHA, A.R. et al.<\/em> Designing real\u00a0 nanotube-based gas sensors<\/a>. Physical Review Letters<\/strong>. v. 100. 2 may. 2008.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Simulaciones explican c\u00f3mo detectan los nanotubos gases t\u00f3xicos","protected":false},"author":16,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304],"coauthors":[105],"class_list":["post-84182","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/84182","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=84182"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/84182\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=84182"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=84182"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=84182"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=84182"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}