Sin embargo, el alineado de grandes masas de nanotubos en materiales de fabricación tan metódica como las fibras, y además hacerlo a una escala de manufactura, no ha resultado una tarea sencilla hasta ahora. Mediante el procesado de los nanotubos de carbono en una solución llamada superácido, los investigadores de la Universidad de Rice han logrado crear unas largas fibras que podrían ser utilizadas como cables de gran eficiencia y peso ligero dentro de la red eléctrica, o como para la base de materiales estructurales y telas conductivas.
Hay quienes han logrado la fabricación de fibras de nanotubos de carbono mediante la inserción de los tubos en matrices similares al pelo humano, o mediante su tejido, como si de lana se tratase, al tiempo que emergen de un reactor químico. El problema de comenzar el proceso a partir de un sólido, afirma el profesor de ingeniería química en Rice, Matteo Pasquali, es que “la alineación no es espectacular, y estos métodos no son fáciles de escalar.” Cuando mejor estén alineados y ordenados los nanotubos individuales en una estructura de gran tamaño, mejor serán las propiedades eléctricas y mecánicas de dicha estructura colectiva. Mediante el uso de los métodos de Rice, se pueden fabricar fibras de nanotubos bien alineadas y a gran escala, extraídas a partir de una boquilla similar al cabezal de una ducha.
El ganador del Nobel Richard Smalley comenzó el proyecto Rice en 2001. Smalley sabía que, gracias a la forma de los nanotubos, el procesado dentro de una solución sería un buen método para ensamblar fibras de nanotubos las películas. Los nanotubos de carbono son mucho más largos que anchos, por lo que al flotar en una solución, se alinean como si fuesen troncos flotando río abajo. No obstante, los nanotubos de carbono no son solubles en disolventes convencionales. El grupo de Rice sentó las bases del procesado líquido de nanotubos hace cinco años, cuando descubrieron que el ácido sulfúrico hace que la superficie de los nanotubos de la solución se cubra con una capa de iones con carga positiva.
Durante los últimos cinco años, el grupo de Rice ha utilizado la microscopía para estudiar las soluciones de nanotubos fabricadas en tipos de ácidos distintos. “El experimento no podía hacerse rápidamente,” afirma Pasquali. “Teníamos que dedicar mucho tiempo a deliberar. Ahora comprendemos cómo funciona el proceso dentro de una solución, la forma de controlar los nanotubos, y cómo predecir lo que harán a continuación.” El mejor disolvente para procesar los nanotubos, según un estudio publicado este mes en la revista Nature Nanotechnology, es el ácido clorosulfónico. Los nanotubos se disuelven espontáneamente en este ácido en concentraciones 1.000 veces mayores si se compara con cualquier otro disolvente.
El grupo de Rice ha utilizado los métodos de procesado ácidos para ensamblar nanotubos de carbono y crear fibras de 50 micrómetros de grosor y cientos de metros de largo. “No hay limitaciones en cuanto a la longitud de la fibra,” afirma Pasquali. El grupo de Rice hizo una demostración de su método de ensamblaje utilizando nanotubos de carbono de alta calidad y de una única pared.
Hasta ahora, el grupo ha creado fibras de alta conductividad, aunque no tan fuertes como los otros materiales de carbono. Pasquali afirma que la fortaleza de las fibras probablemente podría ser mejorada hasta 10 veces si se usasen nanotubos de carbono más largos. “Estamos trabajando en un proyecto para construir líneas de transmisión eléctrica,” afirma Pasquali. “Los nanotubos de carbono metálicos conducen la electricidad mejor que los de cobre, son más ligeros y fallan en menos ocasiones.”
Aún hay que resolver otro problema importante dentro de la manufactura a gran escala de nanotubos de carbono: Hoy día, no existe ningún buen método para fabricar los nanotubos mismamente en segmentos de gran tamaño y pureza. Para fabricar las líneas de transmisión con nanotubos, por ejemplo, el grupo de Rice tendría que empezar a trabajar con un gran segmento de nanotubos que contuviese tanto nanotubos metálicos como nanotubos no semiconductores. El mes pasado, un grupo de químicos del Instituto de Investigación Honda publicó un estudio en Science mediante el que se describe un método para la fabricación de grandes cantidades de nanotubos metálicos, y que Pasquali define como muy prometedor. “Para las líneas de transmisión necesitaríamos construir toneladas, y no hay métodos hoy día para conseguirlo,” afirma. “Nos hace falta un milagro."