Simulación de estructuras de carbono, entre el grafito y el diamante

Abstract

El carbono puro es uno de los materiales inorgánicos más importantes. Una de las razones es que el carbono existe en diferentes formas alotrópicas, como el grafito, el diamante, los fullerenos o los nanotubos de carbono. Aunque todas las formas sean carbono, tienen propiedades muy diferentes, por ejemplo el diamante es el material más duro que se conoce, mientras que el grafito es uno de los materiales más blandos. Entre los materiales de carbono puro destacan los carbones porosos que se producen extrayendo metales de carburos, que se denominan carbones derivados de carburos (CDC). En este trabajo estudiaremos dos CDCs: i) el derivado del carburo de silicio (SiC-6H, de estructura hexagonal) y ii) el derivado del carburo de circonio (ZrC, de estructura cúbica). Para el estudio utilizaremos la dinámica molecular, que nos permitirá ver cómo colapsa la estructura del armazón de carbono cuando se han eliminado todos los átomos de metal del carburo correspondiente. Además investigaremos otros materiales de carbono como función de su densidad, hasta densidades superiores a la del grafito. Para cada material y densidad hemos realizado dinámicas moleculares a tres temperaturas diferentes. Las estructuras finales obtenidas en cada simulación se congelan para obtener las estructuras estables a temperatura ambiente, mediante el método conocido como “Thermal Quenching” o extinción térmica. Finalmente se caracterizarán las estructuras atendiendo a la porosidad del material, y determinaremos su nivel de grafitización, además de compararlos con algunos resultados experimentales.