I nanotubi di carbonio (CNT) possono essere sintetizzati con vari metodi, tra cui l'evaporazione laser, la deposizione di vapore chimico (CVD) e la deposizione di vapore chimico potenziata al plasma (PECVD).
Il metodo di evaporazione laser prevede l'uso di un laser ad alta potenza per vaporizzare un bersaglio di carbonio, in genere mescolato con un catalizzatore, in un forno ad alta temperatura.
Il carbonio vaporizzato si condensa per formare nanotubi.
Questo metodo è noto per produrre nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) di alta qualità con proprietà controllabili.
Come vengono sintetizzati i nanotubi di carbonio con il metodo dell'evaporazione laser: 5 proprietà e applicazioni chiave
1. Sintesi per evaporazione laser
Nel metodo dell'evaporazione laser, un laser a impulsi, come un laser CO2 o Nd:YAG, viene utilizzato per riscaldare un bersaglio di grafite contenente una piccola quantità di catalizzatore metallico (ad esempio, ferro, cobalto o nichel) in un forno al quarzo a temperature comprese tra i 1200°C e i 1400°C circa.
L'intensa energia del laser vaporizza la grafite e le particelle di catalizzatore, che poi si ricombinano e si condensano nelle regioni più fredde del forno per formare nanotubi di carbonio.
Questo metodo consente di produrre SWCNT di elevata purezza con diametri e lunghezze relativamente uniformi, che li rendono adatti a varie applicazioni.
2. Proprietà dei nanotubi di carbonio
I nanotubi di carbonio presentano proprietà eccezionali grazie alla loro struttura unica.
Sono composti da fogli di grafene arrotolati, che conferiscono loro una straordinaria resistenza meccanica, conduttività elettrica e conduttività termica.
I CNT sono più resistenti dell'acciaio e più leggeri dell'alluminio, con una conduttività elettrica che può competere con quella del rame.
Anche la loro conducibilità termica è molto elevata, paragonabile a quella del diamante.
Queste proprietà rendono le CNT ideali per un'ampia gamma di applicazioni.
3. Applicazioni dei nanotubi di carbonio
Materiali strutturali
Grazie alla loro elevata resistenza e leggerezza, i CNT sono utilizzati nei compositi per migliorare le proprietà meccaniche dei materiali utilizzati nel settore aerospaziale, automobilistico e delle attrezzature sportive.
Elettronica
I CNT possono essere utilizzati come semiconduttori nei dispositivi elettronici, compresi i transistor, grazie al loro bandgap controllabile e all'elevata mobilità dei portatori.
Immagazzinamento di energia
Le CNT sono utilizzate nelle batterie e nei supercondensatori per migliorare la capacità di accumulo di energia e la velocità di carica/scarica.
Applicazioni biomediche
I CNT possono essere funzionalizzati per essere utilizzati nella somministrazione di farmaci, nell'ingegneria dei tessuti e nei biosensori.
Emissione di campo
I CNT sono utilizzati nei display a emissione di campo (FED) e nelle sorgenti di elettroni grazie alle loro eccellenti proprietà di emissione di campo.
Conclusioni
Il metodo di evaporazione laser è una tecnica potente per sintetizzare nanotubi di carbonio di alta qualità con un controllo preciso delle loro proprietà.
Le proprietà uniche dei CNT, tra cui la resistenza meccanica e la conducibilità elettrica e termica, li rendono versatili per numerose applicazioni in vari settori.
Man mano che la ricerca continua a perfezionare la sintesi e la funzionalizzazione dei CNT, si prevede che i loro potenziali impieghi si espanderanno ulteriormente.
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