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Izquierda: Imagen de AFM de superficie de un nanotubo de carbono compuesto. Derecha: Imagen de EFM de las líneas curvas del subsuelo de los nanotubos

En los últimos decenios, el microscopio de fuerza atómica (AFM por sus siglas en inglés) se ha convertido en una herramienta de gran alcance para la proyección de imagen en superficies con una sorprendente resolución (fracciones de un nanómetro, en algunos casos). Pero ahora, investigadores del Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST por sus siglas en inglés) de Estados Unidos han demostrado que bajo las circunstancias adecuadas, los instrumentos de ciencia de superficies, como el AFM pueden ofrecer datos valiosos sobre las condiciones del subsuelo, también.

Su trabajo podría ser particularmente útil en el diseño y fabricación de materiales compuestos nanoestructurados. Los ingenieros están estudiando materiales avanzados que se mezclan con nanotubos de carbono en una base de polímero para una amplia variedad de aplicaciones de alto rendimiento debido a las propiedades únicas, tales como la resistencia y conductancia eléctrica, añadida por los nanotubos. El material elegido por el equipo de investigación como su caso de prueba, por ejemplo, está siendo estudiado por la NASA para su uso en actuadores de nave espacial porque puede superar a la cerámica más pesada utilizada actualmente.

Pero, dice el científico de materiales del NIST Minhua Zhao, “uno de los temas críticos para estudiar es cómo los nanotubos de carbono se distribuyen dentro del compuesto sin romper la pieza. Hay muy pocas técnicas disponibles para este tipo de estudio no destructivo”. Zhao y sus colegas decidieron probar una aplicación inusual del microscopio de fuerza atómica.

El equipo usó un AFM diseñado para utilizar la fuerza electrostática más fuerte y con mayor alcance (técnicamente un EFM), midiendo la interacción entre la punta de la sonda y una placa cargada bajo la muestra compuesta. Lo que hace que funcione, dice Zhao, es que los nanotubos son conductores eléctricos con alta constante dieléctrica (una medida de cómo el material afecta a un campo eléctrico), pero el polímero es un material de baja constante dieléctrica. Estas enormes diferencias entre la constante dieléctrica de los nanotubos y el polímero es la clave para el éxito de esta técnica, y con voltajes debidamente elegidos los nanotubos se muestran como fibras finamente detalladas dispersadas por debajo de la superficie del compuesto.

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