La sintesi dei nanotubi di carbonio (CNT) coinvolge principalmente tre metodi: ablazione laser, scarica ad arco e deposizione chimica da vapore (CVD). Tra questi, la CVD è la tecnica più utilizzata sia nella ricerca che nelle applicazioni commerciali, grazie alla sua versatilità e scalabilità.
Deposizione chimica da vapore (CVD):
La CVD è un processo in cui gas contenenti carbonio vengono decomposti ad alte temperature per depositare il carbonio su un substrato sotto forma di nanotubi. Questo metodo consente un controllo preciso delle dimensioni e dell'allineamento dei CNT, rendendolo adatto a varie applicazioni, tra cui l'elettronica, i compositi e l'accumulo di energia. La temperatura richiesta per la CVD è tipicamente superiore a 800°C, ma i progressi nella deposizione chimica di vapore al plasma (PECVD) hanno consentito la sintesi a temperature molto più basse (inferiori a 400°C). Ciò è particolarmente vantaggioso per l'integrazione delle CNT con substrati sensibili alla temperatura, come il vetro, per le applicazioni di emissione di campo.Deposizione di vapore chimico potenziata al plasma (PECVD):
La PECVD utilizza il plasma per migliorare le reazioni chimiche coinvolte nel processo di deposizione, riducendo così la temperatura richiesta. Questa tecnologia è fondamentale per la preparazione in situ dei CNT a basse temperature, che è essenziale per combinare i dispositivi nanoelettronici con la tradizionale tecnologia di elaborazione microelettronica. La capacità di sintetizzare i CNT a temperature più basse apre la possibilità di creare circuiti integrati di grandissima capacità e su larghissima scala.
Innovazioni nelle materie prime:
I metodi CVD tradizionali utilizzano spesso idrocarburi come il metano o l'etilene come materie prime. Tuttavia, vi è un crescente interesse nell'utilizzare materie prime verdi o di scarto per sintetizzare le CNT. Ad esempio, è possibile utilizzare l'anidride carbonica catturata dall'elettrolisi in sali fusi, anche se ci sono dubbi sulla qualità dei CNT prodotti in questo modo. La pirolisi del metano, che prevede la decomposizione termica diretta del metano in idrogeno e carbonio solido (compresi i CNT), è un altro metodo emergente. Aziende come CarbonMeta Technologies e Huntsman stanno esplorando l'uso di metano di scarto o sottoprodotto come materia prima, che potrebbe potenzialmente bloccare le emissioni di carbonio in una forma fisica piuttosto che rilasciarle come gas serra.
Ottimizzazione dei processi e valutazione del ciclo di vita:
