Cálculo de las propiedades térmicas y mecánicas de nanotubos de carbono a partir de la dispersión de fonones

Abstract

La importancia de estudiar a los nanotubos de carbono (CNT) desde una perspectiva de cristalinidad es de suma importancia ya que sus propiedades son altamente modificadas en función de su distribución atómica. Este trabajo, describe el cálculo de propiedades térmicas y mecánicas de CNT cristalinos (C-CNT) y de baja cristalinidad (LC-CNT) por medio del estudio numérico de la dispersión de fonones. La estructura de bandas y la densidad de estados de los fonones se obtuvieron por medio de un programa de cómputo (QuantumATK) y considerando CNT de las mismas dimensiones morfológicas. La diferencia en la dispersión de fonones entre los materiales resultó determinante en las propiedades térmicas y mecánicas. A pesar de que la capacidad calorífica es similar en ambos CNT, se observó una diferencia de 1 orden de magnitud para la conductividad térmica. Así mismo, el módulo de Young se calculó en 5.4 MPa para los C-CNT y en 73.6 MPa para los LCCNT. Estas diferencias se atribuyen a los valores de la velocidad del sonido en los materiales. Por otra parte, los CNT tienen una gran relación de aspecto y por tanto presentan una alta polarización molecular, lo cual lo hace un material atractivo para modular las propiedades mecánicas mediante el efecto de electrostricción. El cambio de la densidad y el módulo de Young se calcularon considerando una fuente de luz con una irradiancia entre 0.1 a 1.0 GW/cm2, tomando como base las propiedades ópticas lineales y no-lineales de los CNT de investigaciones previas. Los resultados aproximan las propiedades térmicas y mecánicas de C-CNT y/o LC-CNT analizando los modos fundamentales de vibración atómica.