I nanotubi di carbonio (CNT) sono allotropi del carbonio a forma di nido d'ape cilindrico con diametro nano.
Le numerose proprietà delle CNT, come la resistenza meccanica, l'elasticità, la leggerezza, la conducibilità elettrica e termica, ne fanno il materiale più promettente.
Molti settori industriali, tra cui l'elettronica, la medicina, l'immagazzinamento dell'energia, i sensori e molti altri, utilizzano le CNT in gran numero. La crescente domanda ha esercitato una pressione costante sull'aumento della produzione di CNT.
La produzione su larga scala di CNT è diventata la sfida principale che ostacola le loro applicazioni.
Affrontare la sfida :
Di solito, gli scienziati preferiscono coltivare foreste di CNT piuttosto che coltivarle singolarmente. Le foreste di CNT sono matrici di CNT allineate verticalmente e auto-assemblate.
Questo processo viene solitamente effettuato attraverso la deposizione di vapore chimico in presenza di un catalizzatore fisso su un substrato che viene successivamente separato dalla foresta di CNT per ottenere un materiale di elevata purezza.
Sebbene questo processo offra un'abbondanza di vantaggi, l'unico problema importante da affrontare è la lunghezza.
Finora i ricercatori sono riusciti a far crescere la foresta di CNT fino a 2 cm utilizzando catalizzatori come il ferro (Fe) su un supporto di ossido di alluminio (Al2O3) (la lunghezza dei CNT gioca un ruolo fondamentale quando si tratta delle sue proprietà, quindi è necessario considerare questo aspetto).
Ciò influisce sul suo valore industriale, limitando l'offerta e aumentando il costo del materiale.
C'è stata una scoperta rivoluzionaria che ha cambiato totalmente il gioco.
Recentemente un team di scienziati giapponesi ha registrato la lunghezza di una foresta di CNT fino a 14 cm attraverso un approccio innovativo. Il loro studio è stato pubblicato recentemente su Carbon.
Hisashi Sugime, professore assistente presso la Waseda University, e il suo team hanno scoperto che i CNT hanno smesso di crescere a causa del graduale cambiamento strutturale del catalizzatore (Fe-Al2Ox) utilizzato in precedenza.
In sostanza, se la densità delle CNT, che dipende dal numero di catalizzatori attivi, è insufficiente a mantenere una struttura autoportante, la crescita della foresta termina.
Pertanto, il catalizzatore utilizzato deve rimanere strutturalmente e chimicamente stabile.
Il loro approccio è stato quello di modificare la tecnica per sopprimere questa instabilità.
L'hanno ottenuto aggiungendo lo strato di gadolinio (Gd) al precedente catalizzatore rivestito con un substrato di silicio di tipo n.
Lo strato di gadolinio ha contribuito a impedire il deterioramento del catalizzatore, consentendo alla foresta di CNT di crescere di 5 cm.
Inoltre, per ottenere la lunghezza desiderata, hanno mantenuto il catalizzatore in una camera chiamata camera di deposizione di vapore chimico a gas freddo (CVD).
Il catalizzatore è stato pretrattato mantenendo la temperatura fino a 750°C e fornendo piccole concentrazioni di vapori di Fe e Al a temperatura ambiente.
Ciò ha contribuito a mantenere la struttura del catalizzatore fino a 26 ore, favorendo la crescita della foresta di CNT.
Dopo un'attenta analisi, hanno potuto registrare con successo la lunghezza della foresta di CNT di 14 cm.
Questo notevole progresso ha ampliato gli aspetti applicativi delle CNT.
Potrebbe cambiare l'approccio alle nanotecnologie e alle nanoscienze per la ricerca futura.
Per leggere l'articolo di ricerca completo pubblicato, consultare il DOI qui sotto.
Riferimento :
Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Foresta di nanotubi di carbonio ultra-lunghi tramite integrazioni in situ di sorgenti di vapore di ferro e alluminio. Carbonio, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066
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