Recientemente, en una hazaña que podría simplificar la producción de muchas de esas tecnologías y mostrar el camino hacia algunas otras tecnologías radicales nuevas, un equipo de investigadores de la Universidad de Texas ha demostrado una manera de hilar un hilo de nanotubos imbuidos de materiales en polvo útiles.
Los investigadores han utilizado este método para producir segmentos de hilo que funcionan como una batería de electrodos, que constan de propiedades superconductoras, o que se limpian solos.
"Los polvos son materiales funcionales muy importantes, ya que tienen una superficie muy alta", señala Ray Baughman, quien dirige el Instituto MacDiarmid NanoTech de la Universidad de Texas en Dallas. "El problema es que los polvos que no tienen forma son difíciles de usar."
Los electrodos de las baterías de iones de litio, por ejemplo, sacan provecho de la gran superficie de los polvos para lograr una mayor densidad de almacenamiento. Sin embargo, por lo general los polvos deben mantenerse unidos mediante un material que agregue peso y solidez, o ser sinterizados juntos en estructuras sólidas, siendo ambos procesos complejos.
Baughman destaca que la tecnología desarrollada por su grupo debería facilitar el trabajo con una amplia gama de materiales en polvo. "Partiendo de casi cualquier polvo podemos obtener un hilo que se puede coser, trenzar y anudar", afirma él.
Los investigadores comienzan haciendo crecer un bosque de nanotubos de carbono alineados verticalmente en un reactor químico. Seguidamente, arrastran un rodillo sobre los nanotubos, que se separan de la superficie y se enredan en una cinta larga y elástica--lo que se llama una red de nanotubos. El equipo de Baughman descubrió que estas redes pueden actuar como anfitrión de nanopartículas y polvos. Los investigadores vaporizan la superficie de la tela con el polvo en cuestión y después lo trenzan para obtener un hilo. El polvo se encuentra confinado dentro de la espiral de la red de nanotubos. "Cuando se lava, se mantiene prácticamente la totalidad del polvo", destaca él. Los hilos resultantes pueden contener entre el 95 y el 99 por ciento de su peso en polvo.
El grupo de Baughman utilizó una mezcla de polvo de boro y de magnesio para fabricar hilos superconductores mediante un proceso simple. El proceso convencional para la fabricación de cables superconductores supone empaquetar los polvos en tubos de cobre, calentarlos y tensarlos decenas de veces para que se extiendan y adelgacen hasta el grosor de un cable. Sin embargo, los hilos superconductores sólo tienen que ser calentados una única vez para recocer los polvos y formar el hilo superconductor.
Los polvos mantienen las propiedades que los hacen tan útiles, destaca Matteo Pasquali, profesor de ingeniería química y biomolecular de la Universidad Rice, quien no estuvo involucrado con el trabajo. El método de Baughman esencialmente "convierte las partículas en fibras", afirma él. Los productos químicos pueden entrar y salir fácilmente de los simples nanotubos e interactuar con la superficie de las partículas atrapadas en su interior.
nPasquali lidera un proyecto en la Rice destinado a la fabricación de fibras de nanotubos de carbono, las cuales son muy densas y por lo tanto muy resistentes y conductoras. Estas fibras puras de nanotubos podrían eventualmente ser utilizadas como cables de baja pérdida de transmisión eléctrica o como materiales estructurales súperresistentes. "Una vez que se obtiene una fibra, ésta se puede tejer, introducirla en un polímero [tal como la fibra de vidrio], o fabricar un tejido", señala Pasquali, quien señala que el procesamiento textil tiene un coste relativamente bajo.
El equipo de Baughman desarrolló una tela de electrodos de batería utilizando polvos de fosfato de litio y hierro. Esa tela se compone por cerca de un 99 por ciento de material activo, por lo que podría ser utilizada para producir baterías ligeras.
Además, evidentemente, una vez que algo se puede convertir en una tela, también se puede llevar puesto.
Yi Cui, profesor asociado de ciencia e ingeniería de los materiales en la Universidad de Stanford, también está desarrollando dispositivos de almacenamiento de energía basados en tejidos. Él cree que, en el futuro, los suministros de energía para los dispositivos de uso diario se podrán llevar puestos. Las cualidades importantes son el coste, el peso y la capacidad de cargarse y descargase con rapidez, y los electrodos textiles parecen ser ideales en estos aspectos. Sin embargo, es poco probable que escalen bien para aplicaciones que requieran una alta capacidad total de almacenamiento de energía, como las baterías de coches eléctricos.
Los investigadores de la Universidad de Texas planean hacer avanzar el proyecto en varias direcciones. Además de probar diferentes polvos, también están experimentando con diferentes formas de depositarlos.
En algún momento, estos hilos podrían utilizarse para producir grandes cantidades de materiales para la fabricación estructural. "Actualmente, es más sensato hablar sobre baterías que sobre alas de aviones, debido a las toneladas [de material] necesarias", indica Baughman. Su grupo está trabajando con varias empresas para seguir desarrollando los hilos, incluyendo el fabricante de productos químicos, Lintech, y el fabricante de nanotubos de carbono textiles, Nanocomp,.