La sintesi dei nanotubi di carbonio (CNT) prevede diversi metodi, tra i quali la deposizione da vapore chimico (CVD) è il più diffuso per la sua economicità e controllabilità strutturale. Questo metodo prevede l'uso di catalizzatori e trattamenti termici per facilitare la crescita dei CNT da fonti di carbonio gassoso. Il processo è influenzato da parametri quali la temperatura, la concentrazione della fonte di carbonio e il tempo di permanenza, che incidono significativamente sulla qualità e sulla resa dei CNT.
Deposizione chimica da vapore (CVD):
La CVD è una tecnica ampiamente utilizzata per sintetizzare i CNT su larga scala. Comporta la decomposizione di gas idrocarburi ad alte temperature in presenza di catalizzatori metallici, tipicamente ferro, cobalto o nichel. Le particelle di catalizzatore facilitano la formazione dei nanotubi di carbonio adsorbendo i gas contenenti carbonio e permettendo agli atomi di carbonio di riorganizzarsi e formare le strutture tubolari. Il controllo delle dimensioni del catalizzatore e delle condizioni di reazione (temperatura, pressione, velocità di flusso del gas) consente di manipolare le proprietà dei CNT, come il diametro, la lunghezza e la chiralità.Deposizione catalitica da vapore chimico (CCVD):
- È una versione modificata della CVD in cui il catalizzatore svolge un ruolo più attivo nel processo di crescita. La CCVD consente un controllo più preciso della struttura e dell'orientamento dei CNT, rendendola adatta alle applicazioni che richiedono CNT allineati o orientati verticalmente. L'uso del monossido di carbonio come materia prima in alcuni metodi CCVD aumenta ulteriormente l'efficienza e la versatilità del processo.Altri metodi:
- Ablazione laser: Questa tecnica utilizza un laser ad alta potenza per vaporizzare un bersaglio di grafite, producendo CNT in fase gassosa, che vengono poi raccolti. È particolarmente utile per produrre CNT a parete singola di alta qualità, ma è meno scalabile e richiede più energia rispetto alla CVD.
- Scarica ad arco: Questo metodo prevede l'uso di un arco elettrico tra due elettrodi di grafite in un'atmosfera inerte per generare CNT. Pur essendo efficace, è anche meno controllabile e scalabile rispetto alla CVD.
Materie prime verdi e rifiuti: I metodi emergenti si concentrano sull'utilizzo di materiali ecologici o di scarto come fonti di carbonio. Ad esempio, l'anidride carbonica catturata tramite elettrolisi in sali fusi e la pirolisi del metano sono in fase di studio per produrre CNT a ridotto impatto ambientale.
Sfide e considerazioni:
