I nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) sono un tipo di nanotubo di carbonio che consiste in un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale arrotolato in un cilindro senza soluzione di continuità.
Si distinguono dai nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT), che presentano più strati di cilindri di carbonio annidati l'uno nell'altro.
Grazie alla loro struttura a parete singola, gli SWCNT presentano proprietà uniche, tra cui un'eccezionale conducibilità elettrica, un'elevata conducibilità termica e una notevole resistenza meccanica.
Tipi di nanotubi di carbonio a parete singola:
1. SWCNT armchair
Si formano quando gli esagoni di carbonio vengono arrotolati lungo un vettore chirale che rende i bordi del tubo paralleli.
Le SWCNT armchair sono chiamate così perché la disposizione degli atomi di carbonio sui bordi ricorda il braccio di una poltrona.
Sono di natura metallica, il che significa che conducono l'elettricità in modo molto efficiente.
2. SWCNT a zig-zag
Nei SWCNT a zigzag, gli esagoni di carbonio sono arrotolati lungo un vettore chirale in modo che i bordi del tubo siano perpendicolari.
Il nome "zigzag" deriva dall'aspetto degli atomi di carbonio lungo il bordo del tubo.
Gli SWCNT a zigzag possono essere metallici o semiconduttori, a seconda del loro diametro e della loro chiralità.
3. SWCNT chirali
Si formano quando gli esagoni di carbonio vengono arrotolati in modo che l'asse del tubo non sia né parallelo né perpendicolare al vettore chirale.
I SWCNT chirali hanno una disposizione elicoidale degli atomi di carbonio e sono tipicamente semiconduttori.
Proprietà e applicazioni:
Ogni tipo di SWCNT ha proprietà elettroniche distinte, determinate dalla struttura e dal modo in cui il foglio di grafene è arrotolato.
Questo li rende adatti a una varietà di applicazioni:
- Elettronica: Grazie alla loro elevata conduttività, gli SWCNT sono utilizzati in dispositivi elettronici come transistor, sensori e pellicole conduttive trasparenti.
- Accumulo di energia: Sono utilizzati come additivi conduttivi nelle batterie agli ioni di litio per migliorarne le prestazioni.
- Compositi: Le SWCNT sono incorporate nei materiali per migliorare la resistenza meccanica, la conduttività termica e le proprietà elettriche, rendendole ideali per l'uso nel settore aerospaziale, automobilistico e delle attrezzature sportive.
Produzione e sfide:
La produzione di SWCNT prevede in genere tecniche come la deposizione da vapore chimico (CVD), la scarica ad arco e l'ablazione laser.
Tuttavia, la sfida consiste nel controllare la chiralità e il diametro durante la sintesi, che influisce direttamente sulle proprietà elettroniche.
Inoltre, la separazione degli SWCNT metallici da quelli semiconduttori rappresenta un ostacolo significativo per la loro applicazione commerciale.
In sintesi, i nanotubi di carbonio a parete singola sono un gruppo eterogeneo di nanomateriali con proprietà e applicazioni diverse, principalmente classificati in armchair, zigzag e chirali in base alla loro struttura.
Le loro proprietà uniche li rendono materiali promettenti per un'ampia gamma di progressi tecnologici, anche se la loro produzione e applicazione deve ancora affrontare sfide significative.
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