I precursori principali dei nanotubi di carbonio (CNT) sono gli idrocarburi, in particolare acetilene, metano ed etilene. Tra questi, l'acetilene è il precursore più diretto in quanto può essere utilizzato senza ulteriori requisiti energetici o di conversione termica durante la sintesi. Il metano e l'etilene, invece, richiedono processi di conversione termica per formare precursori diretti del carbonio, che in genere si convertono in acetilene prima di essere incorporati nei nanotubi di carbonio.
L'acetilene come precursore diretto:
L'acetilene (C2H2) è un idrocarburo altamente reattivo che può contribuire direttamente alla formazione dei nanotubi di carbonio. La sua struttura a triplo legame consente una facile dissociazione in atomi di carbonio e idrogeno, essenziali per la crescita dei CNT. L'uso dell'acetilene nella sintesi dei nanotubi di carbonio richiede in genere temperature più basse, il che lo rende un precursore più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al metano e all'etilene.Metano ed etilene come precursori indiretti:
Il metano (CH4) e l'etilene (C2H4) non possono formare direttamente nanotubi di carbonio e devono subire una conversione termica in acetilene. Questo processo di conversione comporta la rottura dei legami molecolari e la loro riformazione in acetilene, che serve poi come precursore diretto dei CNT. Questa conversione termica richiede energie di attivazione più elevate rispetto all'uso diretto dell'acetilene, rendendo il processo di sintesi più dispendioso dal punto di vista energetico.
Ruolo dell'idrogeno e della temperatura nella sintesi:
L'idrogeno svolge un ruolo nella sintesi dei nanotubi di carbonio da metano ed etilene, riducendo il catalizzatore o partecipando alla reazione termica, favorendo potenzialmente la crescita dei CNT. Anche la temperatura di sintesi è fondamentale; temperature più basse (inferiori a 400°C) possono essere raggiunte utilizzando la deposizione di vapore chimico potenziata al plasma (PECVD), vantaggiosa per depositare i nanotubi di carbonio su substrati come il vetro per le applicazioni di emissione di campo.
Considerazioni tecnologiche:
