Jornadas Convergencia Ciencia-Tecnología, Alcalá de Henares, 1-Marzo-2005
Dpto. Física de Materiales, Universidad del País Vasco, Donostia International Physics Center (DIPC) and Centro Mixto CSICUPV/EHU,
Donostia, Spain http://dipc.ehu.es/arubio Email: [email protected]
¿Para qué sirven los nanotubos?
Angel Rubio
Nanotecnología
Nuevas herramientas/ Nuevos fenómenos/Nuevas aplicaciones
Breve Historia
Richard Feynman There is plenty of room at the bottom, “Until researchers had tools sized just right for directly manipulating atoms and molecules”
1959 1981
1986
Manipulación atómica
1990
Capas atómicas, pozos cuánticos, Laser de semiconductor, Materiales de GMR
STM AFM 1980 MBE 1985
1991
Fullerenos
Nanotubos carbono
Iijima
Xe en Ni(110)
Aparece la palabra nanotecnología por primera vez en un articulo científico
Rorher y Binnig – P. Nobel
Smalley – P. Nobel
Eigler
1999 nanotube transistor; 1999 Tour and Reed molecular electronics, 2000 Clinton iniciativa de nanociencia
The Royal Society & The Royal Academy of Engineering 2004
Objetivos en Nanociencia
¿Donde estamos y a donde vamos?
Materiales de alta dureza y resistencia
Nuevos materiales para MEMS y sensores
Materiales inteligentes con sensores y actuadores mecánicos
Disipación térmica
Nuevas energías
Dispositivos nanoelectrónicos, ópticos y magnéticos
Biomateriales
(Zhu, Xu, Wu, Wei, Vajtai and Ajayan, Science 296, 884, 2002)
Discovering of C-tubes: S. Iijima Nature (1991)
Multi-walled carbon nanotube Single-walled carbon nanotube
SEM micrograph HRTEM
Thess et al., Science, 1996
Bucky-paper (SEM)
Production of pure and clean double-walled carbon nanotubes (DWNTs) in high yield
Nature 433, 476 (2005)
Nanotubos: ¿nuevo material base en nanociencia?
Propiedades eléctricas Semiconductor, aislante,
metálico o superconductor en función de su estructura
Conductividad como el Cobre Propiedades térmicas
Precio actual: 400 $ el gramo!!!
A ESCALA NANOMÉTRICA : materiales libres de DEFECTOS 100 VECES MAS RESISTENTE QUE
EL ACERO PERO MAS LIGERO !!
FLEXIBLE!
Propiedades mecánicas
Para ver esta pelcula, debe disponer de QuickTimeª y de un descompresor YUV420 codec.
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Aplicaciones:
•PANTALLAS para televisión (comercial)
•NANOCOMPOSITES: Polímeros más duros y resistentes. Plásticos conductores
•ALMACENAMIENTO Y CONVERSIÓN DE ENERGÍA: Adsorbe hidrogeno
•NANOELECTRÓNICA (6% patentes)
•SENSORES
Carbon Nanotubes-based Field Emission Display (6 inches) from CEA/LETI technologies Grenoble (courtesy of Jean Dijon)
film
Nanotubes: Mechanical Response
Buckling
Twisting
Young’s Modulus ~ 1-1.5 Tpa
One of the Strongest, Stiffest Material Highly Flexible, Elastic, Deformable Novel Molecular Plasticity
Extremely Light, So High Specific Strength
Courtesy: Dr. B. Yakabson
Strength Chart
Nanotubes exhibit electrical conductivity as high as copper, thermal conductivity as high as diamond, strength 100 times greater than steel at one sixth the weight, and high strain to failure.
From NASA
Arthur C. Clarke (1978) “Fountains of Paradaise”
El ascensor espacial !!!
“At the third annual international conference on the space elevator being held in Washington, D.C.
(2204), scientists and engineers are tackling hurdles that must be overcome for the concept to, quite
literally, get off the ground”
Nanobalance:
P. Poncharal et al, Science 283, 1513 (1999)From the resonance frequency 968 kHz, the calculated mass of this 308-nm-diameter particle is approx 30 fg, assuming spherical geometry and bulk density. Eb = 90 GPa for this 42-nm- diameter nanotube, so that the calculated unloaded resonant frequency of the tube is 3.28 MHz.
This nanobalance technique is a direct way to weigh individual particles in the femtogram-to- picogram size range
P. Kim and C.M. Lieber, Science 286, 2148 (1999)
Nanotube Nanotweezers
Nanoscale linear bearing
J. Cumings, A. Zettl, Science 2000 July 28; 289: 602-604 Repeatedextension and retraction of telescoping nanotube segments revealed no wear or fatigue on the atomic scale. Demonstrated the anticipated van der Waals energy-based retraction force
Nature 398, 761 (1999)
Economist, May2003
Nanoelectronics
Dónde estamos y de qué disponemos?
C. Gómez,P.J. De Pablo J. Gómez, B. Biel, F.J. Garcia-Vidal, AR and F. Flores (2005)
Designing Carbon Nanotubes for Interconnect Application s
Why Carbon Nanotubes ?
•Low Resistivity
•Small Dimensions
•Mechanically Robust
•High Current Densities
•No Electromigration
•High Thermal Conductivity
New Paradigm for Future Interconnect Technology 3-D Architectures, Growth, Integration
Tailoring Nanotube Structure, Properties
Creating and Characterizing Junctions, Networks
1 nm 2-30 nm
Nanotubes for Sensor Devices
Assembly of Nanotube Networks
N. R. Franklin and H. Dai, Adv. Mater., 12, 890 (2000)
El rotor eléctrico más pequeño!
A.M. Fennimore et al, Nature, 424, 408 (2003)
Nanotubos de carbono: transporte de masa
B.C. Regan et al, Nature 428, 924 (2004)
Para ver esta pelcula, debe disponer de QuickTimeª y de
un descompresor GIF.
Nanotecnología: ¿una nueva forma de evolución?
(Humillación quizás sea más apropiado…)
GR AC IA S
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