La sintesi dei nanotubi di carbonio (CNT) prevede diversi metodi.
La deposizione chimica da vapore (CVD) è la più diffusa 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.
Quali sono i 5 metodi di sintesi dei CNT?
1. 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.
2. Deposizione catalitica da vapore chimico (CCVD)
Si tratta di 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
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