I metodi di crescita dei nanotubi si basano principalmente su tre tecniche principali: l'ablazione laser, la scarica ad arco e la deposizione chimica da vapore (CVD), di cui la CVD è la più diffusa a livello commerciale. Inoltre, esistono variazioni e progressi in questi metodi, come la deposizione di vapore chimico potenziata al plasma (PECVD) e l'uso di materie prime alternative come l'anidride carbonica e il metano.
Ablazione laser e scarica ad arco:
Sono i metodi tradizionali per la produzione di nanotubi di carbonio. L'ablazione laser prevede la vaporizzazione del carbonio con un laser, mentre la scarica ad arco utilizza un arco ad alta corrente tra elettrodi di carbonio per generare il calore necessario alla vaporizzazione del carbonio. Entrambi i metodi richiedono temperature elevate e sono efficaci, ma sono meno utilizzati in ambito commerciale a causa dell'intensità energetica e della complessità dei processi.Deposizione chimica da vapore (CVD):
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La CVD è il metodo più diffuso per la produzione commerciale di nanotubi di carbonio. Comporta la decomposizione di un gas contenente carbonio ad alte temperature (in genere superiori a 800°C) su un substrato rivestito di catalizzatore. Le particelle di catalizzatore facilitano la crescita dei nanotubi fornendo siti di nucleazione. La CVD consente un migliore controllo delle proprietà e dell'orientamento del nanotubo, rendendolo adatto a varie applicazioni.Metodi CVD modificati:
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Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD): Questo metodo utilizza il plasma per potenziare le reazioni chimiche coinvolte nella CVD, consentendo temperature di deposizione più basse (potenzialmente inferiori a 400°C). Ciò è vantaggioso per le applicazioni che richiedono la deposizione su substrati sensibili alla temperatura, come il vetro per i dispositivi a emissione di campo. La PECVD aumenta l'attività dei reagenti, portando a una crescita più efficiente e controllata dei nanotubi.
Uso di materie prime alternative: Le innovazioni nella CVD includono l'uso di monossido di carbonio, anidride carbonica catturata per elettrolisi in sali fusi e pirolisi del metano. Questi metodi mirano a utilizzare materie prime di scarto o verdi, riducendo l'impatto ambientale e potenzialmente i costi. Ad esempio, la pirolisi del metano converte il metano in idrogeno e carbonio solido, compresi i nanotubi, sequestrando efficacemente le emissioni di carbonio.
Sfide e considerazioni:
