MÉTODO DE PRODUCCIÓN DE NANOTUBOS CORTOS DE CARBONO FUNCIONALIZADOS.

Metodo para producir nanotubos de carbono acortados, funcionalizados,

con al menos un extremo abierto por tratamiento mecanico de los nanotubos de carbono a tratar, en donde dichos nanotubos a tratar, en forma de polvo, se someten a fuerzas de trituraci6n mecanica en presencia de un gas reactivo capaz de reaccionar quimicamente con los nanotubos, de manera que se obtienen nanotubos de carbono acortados que comprenden al menos un grupo quimico especifico, caracterizado porque el grupo quimico obtenido en los nanotubos de carbono acortados producidos se selecciona del grupo que consiste en SH, NH2, NHCO, F, Br, Cl, 1, R-NH, R-O, R-S, COCl y SOCl.

Metodo de producción de nanotubos cortos de carbono funcionalizados Campo de la invención La presente invención esta relacionada con el campo de nanotubos de carbono. De forma mas precisa, la presente 5 invención esta relacionada con el material denominado nanotubos cortos de carbono.

Estado de la tecnica Los nanotubos de carbono se observaron por primer vez por lijima en 1991 (S. lijima, Nature 354, 56-58 (1991) ) como un subproducto de la sintesis del fulereno. Tipicamente, los nanotubos consisten en multicapas (normalmente de 2 a 50) de tubos concentricos de carbono que estan tapados en ambos extremos. Los tubos estan construidos por laminas de atomos de carbono dispuestos en hexagonos y pentagonos, con los pentagonos concentrados en areas de baja curvatura de radio tal como los extremos del tubo. Los tubos contienen un nucleo hueco de hasta 50 nm de ancho, tipicamente de 100-200 Im de longitud. Por lo tanto, tambien se han encontrado tubos de pared sencilla.

Sus extraordinarias propiedades mecanicas y electricas asociadas con su capacidad para producirse a gran escala mediante arco electrico, por descomposición catalitica de hidrocarburos, o por ablación por laser por ejemplo, explican porque los nanotubos de carbono se investigan actualmente de forma extensiva.

Los nanotubos pueden usarse potencialmente en diversos campos de aplicación tales como emisión de campo (0.

H. Wang et al., Appl. Phys. Lett. 72, 2912-2913 (1998) ) , conductividad electrica y termica (R. Andrews et al., Appl. Phys. Lett. 75, 1329-1331 (1999) ) , almacenaje de hidr6geno y cribas moleculares.

Para aplicaciones tales como almacenaje de hidr6geno y cribas moleculares, se ha demostrado que se encontraron problemas de limitación de la difusión cuando se usaron los nanotubos (C. Liu et al., Science 286, 1127-1129 (1999) ;

M. S. Dresselhaus et al., MRS Bulletin 24, num. 11, 45-50 (1999) ) .

Para sobrepasar estos problemas, se ha sugerido el uso de nanotubos cortos, idealmente mas cortos de 1 Im, con extremos abiertos. Una solución podria ser producir dichos nanotubos cortos a partir de nanotubos largos de carbo

no. Sin embargo, la producción de dichos nanotubos cortos representa un gran desafio ya que un reciente debate muestra que los nanotubos son flexibles y resistentes cuando se aplica tensión (H. Dai et al., Nature 384, 147-150 (1996) ; M. M. J. Treacy et al., Nature 381, 678-680 (1996) ; S. S. Wong et al., J. Am. Chem. Soc. 120, 8557-8558 (1998) ; T. Kuzumaki et al., J. Mater. Res. 13, 2445-2449 (1998) ) .

Se han propuesto metodos para cortar nanotubos usando ultrasonidos (K.L. Lu et al., Carbon 34, 814-816 (1996) ;

K.B. Shelimov et al., Chem. Phys. Lett. 282, 429-434 (1998) ; J. Liu et al., Science 280, 1253-1256 (1998) ) o voltaje STM (L.C. Venema et al., Appl. Phys. Lett. 71, 2629-2631 (1999) ) . Sin embargo, estas tecnicas estan restringidas a la producción en escala de miligramos. Ademas, la muestra de nanotubos de carbono obtenida despues del tratamiento con ultrasonidos es relativamente no homogenea en longitud y contiene solo unos pocos nanotubos cortos de carbono, mientras que el metodo de voltaje STM da nanotubos cortos de carbono, pero con extremos cerrados.

Ademas, los metodos para cortar nanotubos de carbono usando la trituración en molino de bolas tambien se ha propuesto, aunque solo para la producción de nanoparticulas (Y.B. Li et al., Carbon 37, 493-497 (1999) ) , carbono nanoporoso (Y. Chen et al., Appl. Phys. Lett. 74, 2782-2784 (1999) ) o nanoestructuras curvas J.Y. Huang et al., Chem. Phys. Lett. 303, 130-134 (1999) ) . En particular, el procedimiento de trituración en molino de bolas descrito por Y.B. Li et al., Carbon 37, 493-497 (1999) , usa bolas y particulas de hierro de aproximadamente 1 Im de diametro.

Zhijie Lie et al., en el articulo "Production of short multi-walled carbon nanotubes" en CARBON, vol. 37, num. 6, pags. 903-906, describe un metodo para triturar nanotubos de carbono en un molino de bolas, para obtener nanotubos cortos de carbono de pared multiple.

Ademas, para diversas aplicaciones, seria de interes particular tener nanotubos de carbono funcionalizados, y particularmente nanotubos cortos de carbono funcionalizados. Por ejemplo, esta funcionalización permitiria la producción 45 industrial de materiales compuestos mediante la unión de nanotubos de carbono a polimeros especificos. La mejora de las propiedades fisicas y mecanicas de los nanotubos de carbono podria alcanzarse ademas a traves de dicha funcionalización. Como un ejemplo, las propiedades de almacenaje de gases de los nanotubos podrian mejorarse limitando la agregación natural de los nanotubos provocada por las interacciones de Van der Waals, de manera que los gases tales como hidr6geno o metano se adsorberian de manera mas eficaz no solo en la superficie interior de 50 los nanotubos, sino tambien en su superficie exterior.

Sin embargo, por el momento solo se han descrito algunos pocos ejemplos de metodos de funcionalización quimica (J. Chen et al., Science 282, 95-98 (1998) ; Y. Chen et al., J. Mater. Res. 13, 2423-2431 (1998) ; M.A. Hamon et al., Adv. Mater. 11, 834-840 (1999) ; A. Hiroki et al., J. Phys. Chem. B 103, 8116-8121 (1999) ) y hay aun una necesidad de metodos para la producción a gran escala de nanotubos cortos de carbono funcionalizados.

Objetivos de la invención La presente invención apunta a proporcionar un metodo para producir nanotubos cortos de carbono que no presenten los inconvenientes de los metodos del estado de la tecnica.

De manera mas precisa, la presente invención apunta a proporcionar un metodo para producir nanotubos cortos de carbono con extremos abiertos en escala de gramos o mayor.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un metodo para producir nanotubos cortos de carbono cuya estructura se conserve de forma global en comparación con la estructura de nanotubos largos.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un metodo para producir nanotubos cortos de carbono con extremos abiertos a un rendimiento aumentado en comparación con los rendimientos obtenidos hasta ahora.

La presente invención tambien apunta a proporcionar un metodo para producir nanotubos cortos de carbono que pueden realizarse facil y rapidamente.

Resumen de la invención La presente invención esta relacionada con un metodo para producir nanotubos de carbono funcionalizados, acorta

dos, segun las reivindicaciones. Debe entenderse que el termino "fuerzas de trituración mecanica" se refiere a todas las fuerzas mecanicas capaces de triturar nanotubos largos de carbono en nanotubos cortos de carbono con al menos un extremo abierto, en oposición al tratamiento quimico y al tratamiento electrico tal como el voltaje STM. Ejemplos de dichas fuerzas de trituración mecanica son fuerzas de impacto, fuerzas de fricción, fuerzas de cizalladura, fuerzas de presión o fuerzas de corte.

Preferiblemente, la presente invención esta relacionada con un metodo para producir nanotubos cortos de carbono funcionalizados con al menos un extremo abierto mediante tratamiento mecanico de nanotubos largos de carbono, caracterizado porque comprende la etapa de someter a dichos nanotubos largos a fuerzas de impacto en presencia de un reactivo, de manera que se obtienen nanotubos cortos de carbono funcionalizados.

El reactivo esta en forma gaseosa.

Preferiblemente, dicho metodo comprende las siguientes etapas: -fabricación de un polvo que contiene nanotubos largos de carbono, cuya pureza varia de 1 a 100%; -introducción de dicho polvo en un aparato de trituración en molino de bolas que contiene una o varias parti

culas s6lidas mayores que 1 mm de longitud, preferiblemente mayores que 2 cm de longitud; -eliminación del agua en el aparato de trituración en molino de bolas; -trituración de dicho polvo con dicho aparato de trituración en molino de bolas durante un tiempo suficiente para que se obtenga una mezcla que contiene un porcentaje especifico de nanotubos cortos con longitud especifica, mientras se introduce el reactivo adecuado;

- eliminación del exceso potencial de reactivo. Preferiblemente, el reactivo seselecciona del grupo que consiste en H2, NH3, R-NH2, F2, Cl2, Br2, 12, S8, tioles, esteres, peracidos, per6xidos, CO, COCl2 y SOCl2.

El grupo quimico o funcional introducido en los nanotubos cortos de carbono producidos, se selecciona... [Seguir leyendo]

1. Metodo para producir nanotubos de carbono acortados, funcionalizados, con al menos un extremo abierto por tratamiento mecanico de los nanotubos de carbono a tratar, en donde dichos nanotubos a tratar, en forma de polvo, se someten a fuerzas de trituración mecanica en presencia de un gas reactivo capaz de reaccionar quimicamente con los nanotubos, de manera que se obtienen nanotubos de carbono acortados que comprenden al menos un grupo quimico especifico, caracterizado porque el grupo quimico obtenido en los nanotubos de carbono acortados producidos se selecciona del grupo que consiste en SH, NH2, NHCO, F, Br, Cl, 1, R-NH, R-O, R-S, COCl y SOCl.

2. El metodo segun la reivindicación 1, que comprende las siguientes etapas:

- hacer un polvo que contiene los nanotubos de carbono a tratar;

- introducir dicho polvo en un aparato de trituración en molino de bolas que contiene una o varias particulas s6lidas mayores que 1 mm de longitud;

- eliminar agua en el aparato de trituración en molino de bolas;

- triturar dicho polvo con dicho aparato de trituración en molino de bolas durante un tiempo suficiente de manera que se obtiene una mezcla que contiene un porcentaje especifico de nanotubos acortados con longitud especifica, mientras se introduce el gas reactivo adecuado; y

- eliminar el exceso potencial de gas reactivo.

3. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, caracterizado porque el gas reactivo se selecciona del grupo que consiste en H2, NH3, R-NH2, F2, Cl2, Br2, 12, S8, tioles, esteres, peracidos, per6xidos, CO, COCl2 y SOCl2.

4. El metodo segun la reivindicación 2, caracterizado porque el agua se elimina mediante calentamiento en atm6sfera de nitr6geno o exposición al vacio.

5. El metodo segun la reivindicación 2, caracterizado porque el exceso potencial de gas reactivo se elimina usando corriente de nitr6geno o evacuación al vacio.

6. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque el procedimiento de trituración es continuo.

7. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porqueel procedimiento de trituración es discontinuo.

8. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende ademas la purificación de los nanotubos de carbono acortados obtenidos finalmente segun su longitud por metodos clasicos de purificación, preferiblemente por cromatografia de exclusión por tamafo.

9. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el porcentaje de nanotubos acortados contenidos en la mezcla obtenida finalmente segun la presente invención, esta comprendido entre 1 y 100%.

10. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la longitud de los nanotubos acortados obtenidos finalmente por el metodo es mas corta que 50 Im, preferiblemente menor que 2 Im.

11. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la longitud de los nanotubos de carbono a tratar esta comprendida entre 10 Im y 500 Im.

12. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los nanotubos de carbono a tratar son nanotubos de carbono de pared sencilla o nanotubos de carbono de pared multiple o una mezcla de los mismos.