Un nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno que comprende uno o más fullerenos y/o moléculas basadas en fullereno unidos al nanotubo de carbono,

caracterizado porque el enlace entre dichos fullerenos y/o moléculas basadas en fullereno y dicho nanotubo de carbono es covalente y se forma sobre la pared de la superficie exterior y/o pared de la superficie interior de dicho nanotubo de carbono

La presente invención se refiere a nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno, a un procedimiento para su producción, a un material funcional, a una película gruesa o delgada, línea, alambre y a una estructura en capas y tridimensional, y a un dispositivo como se define en las reivindicaciones.

TÉCNICA ANTERIOR

Tanto los fullerenos como los nanotubos de carbono (CNT) presentan propiedades químicas y físicas únicas y útiles relacionadas con, por ejemplo, su morfología, dureza, conductividad eléctrica y térmica y características magnéticas.

Se ha demostrado que la funcionalización de CNT es una ruta, por ejemplo, para preparar CNT procesables, para mejorar su unión a materiales de la matriz y modificar las propiedades de CNT para aplicaciones específicas. Los CNT han sido funcionalizados por diversos compuestos, por ejemplo, con grupos carboxilo, dodecilsulfatos de sodio, con grupos tiol, amina, amida, carbonilo y cloruro, por bisftalocianina de erbio y poli(N-vinilcarbazol). Además, la funcionalización orgánica de CNT se ha usado como una etapa de purificación intermedia de CNT.

Además, se ha informado de fullerenos en presencia de CNT. Por ejemplo, se ha informado de la existencia de fullerenos unidos no covalentemente entre CNT producidos. Se ha informado del uso de fullerenos como moldes para el crecimiento de CNT. Se han incluido fullerenos unidos no covalentemente dentro de CNT (vainas de nanotubos).

Sin embargo, un problema con los procedimientos de funcionalización de la técnica anterior es que los CNT se funcionalizan después de la síntesis, lo que requiere mucho tiempo y energía y recursos, aumenta la pérdida de producto y puede añadir impurezas adicionales. Además, con los procedimientos de la técnica anterior no ha sido posible unir covalentemente fullerenos a la superficie exterior de nanotubos de carbono.

La utilidad industrial y científica de los CNT producidos es función de sus propiedades individuales y colectivas y un problema adicional es que los procedimientos de la técnica anterior de la producción de CNT no pueden controlar adecuadamente las propiedades para muchas aplicaciones comerciales. La manipulación controlable y selectiva de grupos funcionales produciría una adaptación deseable de las propiedades de CNT y materiales compuestos de CNT.

El objetivo de la presente invención es eliminar los inconvenientes citados anteriormente.

Un objetivo específico de la invención es desvelar un nuevo material, nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno, que se diferencia de los materiales de la técnica anterior. El objetivo de la presente invención es desvelar una estructura de fullereno-CNT unida covalentemente y un procedimiento y un aparato para su producción. Otro objetivo de la presente invención es desvelar diferentes productos finales de dichos nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

El nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno, el procedimiento, el aparato, el material funcional, la película gruesa o delgada, la línea, el alambre y la estructura en capas y tridimensional, y el dispositivo de la invención se caracterizan por lo que se ha presentado en las reivindicaciones.

La invención se basa en el trabajo de investigación realizado en el que se encontró sorprendentemente que es posible producir un nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno que comprende una o más uniones de los fragmentos juntos. En la publicación AU 199931270 los nanotubos se sintetizan a partir de precursores de fenantreno que se mezclan y se condensan. La estructura tubular se logra con reactivos unidos a los lados de las moléculas de precursor que ayudan a que las cadenas derivadas del precursor fenantreno formen anillos cerrados. Los anillos cerrados están unidos con cadenas con reactivos de un modo similar para dar nanotubos de carbono más largos. Las nanoredes de carbono se forman usando reactivos que se unen a los extremos de nanotubos de carbono individuales o superficies en las buckyesferas de fullereno. En la publicación AU 199931270 las buckyesferas siempre están añadidas a los extremos del nanotubo de carbono en los que actúan de empalmes entre nanotubos para formar redes. Las buckyesferas separadas no aparecen en las paredes de nanotubos de carbono individuales. En la publicación, las nanoredes de carbono se forman de un modo escalonado en múltiples etapas separadas.

El objetivo de la presente invención es eliminar los inconvenientes citados anteriormente.

Un objetivo específico de la invención es desvelar un nuevo material, nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno, que se diferencia de los materiales de la técnica anterior. El objetivo de la presente invención es desvelar una estructura de fullereno-CNT unida covalentemente y un procedimiento para su producción. Otro objetivo de la presente invención es desvelar diferentes productos finales de dichos nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Según un primer aspecto, la invención proporciona un nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno según la reivindicación independiente 1.

Según un segundo aspecto, la invención proporciona un procedimiento para producir al menos un fullereno y/o una molécula basada en fullereno unido covalentemente a la superficie exterior y/o superficie interior de al menos un nanotubo de carbono según la reivindicación independiente 9.

Según un tercer aspecto, la invención proporciona un material funcional según la

reivindicación independiente 21.

Según un cuarto aspecto, la invención proporciona una película gruesa o delgada, una línea, un alambre o una estructura en capas o tridimensional según la reivindicación independiente 22.

Según un quinto aspecto, la invención proporciona el uso de uno o más nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno según la reivindicación independiente 23.

Otros aspectos de la invención se exponen en las reivindicaciones dependientes, los dibujos y la siguiente descripción.

La invención se basa en el trabajo de investigación realizado en el que se encontró sorprendentemente que es posible producir un nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno que comprenda uno o más fullerenos y/o moléculas basadas en fullereno unidos covalentemente al nanotubo de carbono.

La presente invención se refiere a un nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno (FFCNT) que comprende uno o más fullerenos y/o moléculas basadas en fullereno unidos covalentemente al nanotubo de carbono (en este documento también llamado CBFFCNT, nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno covalentemente unido o nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno). Un nanotubo de carbono puede comprender sólo átomos de carbono, pero el nanotubo de carbono también puede comprender átomos de carbono y también uno o varios átomos. El nanotubo de carbono puede tener una estructura cilíndrica o similar a tubular con extremos abiertos y/o cerrados. También son posibles otras estructuras de nanotubos de carbono.

Por fullereno se indica una molécula que comprende carbono y que es de estructura sustancialmente esférica, elíptica o similar a una bola. El fullereno puede estar hueco con una superficie cerrada o puede tener una estructura sustancialmente esférica que no está completamente cerrada, pero que en su lugar tiene uno o más enlaces abiertos. El fullereno puede tener, por ejemplo, una forma sustancialmente semiesférica y/o cualquier otra forma similar a esférica.

Por molécula basada en fullereno se indica cualquiera de las moléculas anteriormente mencionadas en las que uno o más átomos de carbono en la molécula se reemplazan por uno o más, por ejemplo, átomos, moléculas, grupos y/o compuestos de no carbono, y/o en las que están incluidas uno o más átomos, moléculas, grupos y/o compuestos adicionales en la molécula de fullereno y/o en las que uno o más átomos, moléculas, grupos y/o compuestos adicionales están unidos a la superficie de la molécula de fullereno. Sólo como ejemplo no limitante puede mencionarse que uno o varios fullerenos pueden unirse a dicha superficie.

El uno o más fullerenos y/o moléculas basadas en fullereno pueden estar unidos covalentemente a la superficie exterior y/o a la superficie interior del nanotubo de carbono, preferentemente...

1. Un nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno que comprende uno o más fullerenos y/o moléculas basadas en fullereno unidos al nanotubo de carbono, caracterizado porque el enlace entre dichos fullerenos y/o moléculas basadas en fullereno y dicho nanotubo de carbono es covalente y se forma sobre la pared de la superficie exterior y/o pared de la superficie interior de dicho nanotubo de carbono.

2. El nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno según la reivindicación 1, caracterizado porque el fullereno y/o la molécula basada en fullereno comprenden 20 -1000 átomos.

3. El nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno según cualquiera de las reivindicaciones 1 – 2, caracterizado porque el fullereno y/o la molécula basada en fullereno está(n) unido(s) covalentemente por uno o más grupos puente y/o está(n) directamente unido(s) covalentemente.

4. El nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno según la reivindicación 3, caracterizado porque el grupo puente comprende oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, azufre, un amino, un tiol, un éter, un éster, un grupo carboxílico y/o un grupo que contiene carbono.

5. El nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno según la reivindicación 3, caracterizado porque el fullereno y/o la molécula basada en fullereno están/está directamente unido/s covalentemente por uno o más enlaces de carbono.

6. El nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno según cualquiera de las reivindicaciones 1 – 5, caracterizado porque dicho nanotubo de carbono comprende nanotubo de carbono de pared simple, de pared doble o de múltiples paredes o un nanotubo de carbono de material compuesto.

7. El nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno según cualquiera de las reivindicaciones 1 – 6, caracterizado porque dicho nanotubo de carbono se formula como una dispersión sólida, líquida y/o gaseosa, una estructura sólida, un polvo, una pasta, una suspensión coloidal y/o se deposita sobre una superficie y/o se sintetiza sobre una superficie.

8. El nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno según cualquiera de las reivindicaciones 1 – 7, caracterizado porque está unido mediante uno o más fullerenos y/o moléculas basadas en fullereno a uno o más nanotubos de carbono y/o nanotubos de carbono

funcionalizados con fullereno.

9. Un procedimiento para producir al menos un nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno que comprende al menos un fullereno y/o una molécula basada en fullereno unido covalentemente a la superficie exterior y/o superficie interior de dicho al menos un nanotubo de carbono, caracterizado porque el procedimiento comprende:

proporcionar al menos una partícula de catalizador a un reactor calentado a entre 250 y 2500ºC; proporcionar un flujo de gas a dicho reactor en el que el gas comprende al menos una fuente de carbono; proporcionar al menos dos reactivos que incluyen CO2 y H2O, o precursores de los mismos, para obtener la concentración de H2O entre 45 y 245 ppm y la concentración de CO2 entre 2000 y 6000 ppm. liberar carbono de la fuente de carbono en o sobre una o más partículas de catalizador en presencia de los reactivos; y recoger dicho al menos un nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno que comprende al menos un fullereno y/o una molécula basada en fullereno unido covalentemente a una pared de dicho al menos un nanotubo de carbono.

10. El procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque la fuente de carbono se selecciona de un grupo que está constituido por metano, etano, propano, etileno, acetileno, benceno, tolueno, xileno, trimetilbenceno, metanol, etanol, octanol, tiofeno y monóxido de carbono.

11. El procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque el reactivo es un agente decapante.

12. El procedimiento según las reivindicaciones 9 u 11, caracterizado porque el reactivo se selecciona de un grupo que está constituido por hidrógeno, nitrógeno, agua, dióxido de carbono, óxido nitroso, nitrógeno dióxido, oxígeno, ozono, monóxido de carbono, octanol, tiofeno e hidruro.

13. El procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque la partícula de catalizador comprende un metal, preferentemente un metal de transición y/o una combinación de metales y/o metales de transición.

14. El procedimiento según la reivindicación 9 ó 13, caracterizado porque la partícula de catalizador comprende hierro, cobalto, níquel, cromo, molibdeno y/o paladio.

15. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9, 13 ó 14, caracterizado porque la partícula de catalizador se produce usando un precursor químico y/o mediante calentamiento de un metal o sustancia que contiene metal.

16. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 – 15, caracterizado porque el

procedimiento comprende además la siguiente etapa: introducir uno o más reactivos adicionales.

17. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 – 16, caracterizado porque el

procedimiento comprende además la siguiente etapa: introducir uno o más aditivos para producir un material compuesto de nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno.

18. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 – 17, caracterizado porque el

procedimiento comprende además la siguiente etapa: recoger el uno o más nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno y/o el material compuesto de nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno producidos en una dispersión sólida, líquida y/o gaseosa, una estructura sólida, un polvo, una pasta, una suspensión coloidal y/o como una película y/o deposición superficial.

19. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 – 18, caracterizado porque el

procedimiento comprende además la siguiente etapa: depositar una dispersión de nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno y/o material compuesto de nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno producidos sobre una superficie y/o en una matriz y/o una estructura en capas y/o un dispositivo.

20. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 – 19, caracterizado porque los nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno se producen en una fase gaseosa como un aerosol y/o sobre un sustrato.

21. Un material funcional, en el que la función del material es al menos una de emisión de campo, emisión de luz, conducción eléctrica, conducción térmica, pila de combustible, batería, material compuesto de metal-matriz, material compuesto de polímero-matriz, capacitor, electrodo, transistor, diodo, vehículo de molécula de fármaco, caracterizado porque comprende al menos un nanotubo de carbono funcionalizado con fullereno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

22. Una película gruesa o delgada, una línea, un alambre o una estructura en capas o

tridimensional, caracterizados porque comprenden uno o más nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

23. Uso de uno o más nanotubos de carbono funcionalizados con fullereno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en la preparación de un dispositivo.