I nanotubi di carbonio (CNT) sono sintetizzati con vari metodi.
Il processo commerciale più diffuso è la deposizione chimica da vapore (CVD).
Altri metodi tradizionali includono l'ablazione laser e la scarica ad arco.
Il processo CVD prevede l'utilizzo di diverse materie prime, tra cui il monossido di carbonio e, più recentemente, materie prime verdi o di scarto come la pirolisi del metano e l'anidride carbonica catturata per elettrolisi in sali fusi.
5 tecniche chiave spiegate
1. Deposizione chimica da vapore (CVD)
La CVD è il metodo dominante per sintetizzare i nanotubi di carbonio a livello commerciale.
Questa tecnica prevede la decomposizione di un gas contenente carbonio ad alte temperature, in genere in presenza di un catalizzatore metallico, per depositare atomi di carbonio su un substrato sotto forma di nanotubi.
I parametri del processo, come la temperatura, la pressione, la portata del gas e la natura del catalizzatore, influenzano in modo significativo la qualità e la resa dei CNT.
2. Ablazione laser
Questo metodo prevede l'uso di un laser ad alta potenza per vaporizzare un bersaglio di grafite in una camera ad alta temperatura.
Il carbonio vaporizzato si condensa per formare i CNT.
Questa tecnica è nota per la produzione di CNT di alta qualità, ma è meno redditizia dal punto di vista commerciale a causa dell'elevato consumo energetico e del costo.
3. Scarica ad arco
Nella scarica ad arco, una corrente continua viene fatta passare tra due elettrodi di grafite in un'atmosfera di gas protettivo.
L'intenso calore generato dall'arco vaporizza l'anodo e dal vapore si formano le CNT.
Anche questo metodo è in grado di produrre CNT di alta qualità, ma soffre di svantaggi simili a quelli dell'ablazione laser, tra cui l'elevato consumo energetico e la limitata scalabilità.
4. Metodi emergenti che utilizzano materie prime verdi o di scarto
I recenti progressi hanno esplorato l'uso di materie prime verdi o di scarto per sintetizzare i CNT, con l'obiettivo di ridurre l'impatto ambientale e utilizzare i materiali di scarto.
La pirolisi del metano, ad esempio, comporta la decomposizione termica del metano in idrogeno e carbonio solido, che può includere i CNT.
Questo metodo offre un potenziale percorso per la cattura e l'utilizzo del carbonio, trasformando i gas serra in materiali preziosi.
Analogamente, l'elettrolisi dell'anidride carbonica in sali fusi è stata utilizzata per produrre CNT, anche se permangono dubbi sulla qualità del materiale prodotto.
5. Altre tecniche innovative
Oltre ai metodi sopra menzionati, i ricercatori esplorano continuamente nuove tecniche per migliorare la sintesi dei CNT.
Queste includono l'uso di sistemi biologici, metodi basati sul plasma e altri approcci innovativi che mirano a migliorare l'efficienza e la sostenibilità della produzione di CNT.
Questi metodi evidenziano i diversi approcci alla sintesi dei CNT, ciascuno con i propri vantaggi e le proprie sfide.
La scelta del metodo dipende dall'applicazione desiderata, dalle considerazioni sui costi e dall'impatto ambientale.
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