Nanotuburile de carbon (CNT) sunt alotropi de carbon care au formă de fagure de miere cilindric cu diametru nanometric.

Există numeroase proprietăți ale CNT-urilor, cum ar fi rezistența mecanică, elasticitatea, greutatea redusă, conductivitatea electrică și termică, care fac din acestea cel mai promițător material.

Multe industrii, printre care se numără electronica, medicina, stocarea energiei, senzorii și multe altele, utilizează CNT-uri în număr mare. Cererea în creștere a pus o presiune constantă asupra creșterii producției de CNT.

Această producție la scară largă a CNT-urilor a devenit principala provocare care împiedică aplicațiile acestora. 

Abordarea provocării :

De obicei, oamenii de știință preferă să cultive păduri de CNT în loc să le cultive individual. Pădurile de CNT sunt rețele de CNT aliniate vertical, care se autoasamblează.

Acest lucru se realizează de obicei prin intermediul procesului de depunere chimică a vaporilor în prezența unui catalizator fixat pe un substrat care este ulterior separat de pădurea de CNT-uri pentru a obține un material de înaltă puritate.

Cu toate că acest proces oferă o mulțime de avantaje, singura problemă majoră cu care se confruntă este durata.

Până în prezent, cercetătorii au reușit să crească pădurea de CNT-uri până la 2 cm folosind catalizatori cum ar fi fierul (Fe) pe suport de oxid de aluminiu (Al2O3) (lungimea CNT-urilor joacă un rol vital în ceea ce privește proprietățile acestora, de aceea este necesar să se ia în considerare acest aspect).

Acest lucru afectează valoarea sa industrială prin limitarea ofertei și creșterea costului materialului. 

A avut loc o descoperire revoluționară care a schimbat complet jocul.

Recent, o echipă de oameni de știință din Japonia a înregistrat lungimea pădurii de CNT de până la 14 cm printr-o abordare nouă. Studiul lor a fost publicat recent în revista Carbon. 

Hisashi Sugime, profesor asistent la Universitatea Waseda, și echipa sa au descoperit că CNT-urile au încetat să mai crească din cauza modificării structurale treptate a catalizatorului (Fe-Al2Ox) utilizat anterior.

Practic, dacă densitatea CNT-urilor, care depinde de numărul de catalizatori activi, este insuficientă pentru a menține o structură autoportantă, creșterea pădurii se oprește.

Prin urmare, catalizatorul utilizat trebuie să rămână stabil din punct de vedere structural și chimic. 

Abordarea lor a fost de a schimba tehnica pentru a suprima această instabilitate.

Aceștia au realizat acest lucru prin adăugarea unui strat de gadoliniu (Gd) la catalizatorul anterior acoperit cu un substrat de siliciu de tip n.

Stratul de gadoliniu a ajutat la prevenirea deteriorării catalizatorului și, la rândul său, a permis pădurii de CNT să crească cu 5 cm.

În continuare, pentru a obține lungimea dorită, ei au ținut catalizatorul într-o cameră numită cameră de depunere chimică de vapori (CVD) cu gaz rece.

Catalizatorul a fost pretratat prin menținerea temperaturii până la 750°C și prin furnizarea de mici concentrații de vapori de Fe și Al la temperatura camerei.

Acest lucru a ajutat la menținerea structurii catalizatorului timp de 26 de ore, ceea ce, la rândul său, a favorizat creșterea pădurii de CNT.

După analize atente, au reușit să înregistreze cu succes lungimea pădurii de CNT de 14 cm. 

Realizarea lor a stabilit un nou orizont pentru industriile în curs de dezvoltare.Acest progres remarcabil a lărgit aspectele aplicative ale CNT-urilor.

Aceasta ar putea schimba abordarea nanotehnologiei și a nanoștiinței pentru cercetările viitoare. 

Pentru a citi articolul de cercetare complet publicat, consultați DOI de mai jos. 

Referință :

Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Pădure de nanotuburi de carbon ultra-lungă prin suplimentarea in situ a surselor de vapori de fier și aluminiu. Carbon, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066

Dacă sunteți un cercetător din domeniul nanotehnologiei, vă putem ajuta să creați infografice pe teme conexe în Mind the graph.

Articole conexe
logo-abonare

Abonează-te la newsletter-ul nostru

Conținut exclusiv de înaltă calitate despre vizuale eficiente
comunicarea în domeniul științei.

- Ghid exclusiv
- Sfaturi de design
- Știri și tendințe științifice
- Tutoriale și șabloane