I nanotubi di carbonio (CNT) sono sintetizzati con diversi metodi, tra cui la deposizione di vapore chimico (CVD) è il più comune per la produzione commerciale.
La CVD prevede l'uso di catalizzatori e gas idrocarburi per far crescere i CNT su un substrato.
Altri metodi includono l'ablazione laser, la scarica ad arco e la deposizione di vapore chimico potenziata al plasma (PECVD), che consente una sintesi a temperatura inferiore.
I metodi emergenti esplorano l'uso di materie prime verdi o di scarto, come l'anidride carbonica catturata dall'elettrolisi in sali fusi o la pirolisi del metano, per produrre CNT riducendo al minimo l'impatto ambientale.
Metodi di sintesi:
1. Deposizione chimica da vapore (CVD)
La CVD è ampiamente utilizzata nell'industria grazie alla sua scalabilità e alla capacità di produrre CNT di alta qualità.
Nella CVD, un substrato rivestito di particelle di catalizzatore viene esposto a un gas idrocarburo ad alte temperature.
Il gas si decompone sulla superficie del catalizzatore e gli atomi di carbonio si depositano per formare i CNT.
Il processo può essere ottimizzato regolando parametri quali la temperatura, la portata del gas e il tipo di catalizzatore.
2. Deposizione di vapore chimico potenziata da plasma (PECVD)
La PECVD utilizza il plasma per potenziare la reazione chimica a temperature più basse, rendendola adatta a depositare CNT su substrati sensibili alla temperatura come il vetro.
Questo metodo è promettente per le applicazioni che richiedono un trattamento a bassa temperatura, come l'integrazione elettronica.
3. Ablazione laser e scarica ad arco
Questi sono i primi metodi utilizzati per la sintesi delle CNT.
L'ablazione laser utilizza un laser ad alta potenza per vaporizzare un bersaglio di grafite.
La scarica ad arco prevede la generazione di un arco elettrico tra due elettrodi di grafite.
Entrambi i metodi producono CNT, ma sono meno controllabili e scalabili rispetto alla CVD.
4. Metodi emergenti che utilizzano materie prime verdi o di scarto
Questi includono processi come l'elettrolisi dell'anidride carbonica in sali fusi e la pirolisi del metano.
Questi metodi mirano a convertire i gas di scarto in preziosi CNT, riducendo potenzialmente l'impatto ambientale e fornendo una fonte sostenibile di carbonio.
Metodi di purificazione:
La purificazione dei CNT è fondamentale, poiché il processo di sintesi spesso produce miscele di CNT con strutture e dimensioni diverse, nonché impurità come carbonio amorfo e particelle di catalizzatori metallici.
1. Ossidazione
L'utilizzo di forti agenti ossidanti, come l'acido nitrico, permette di bruciare selettivamente le impurità lasciando intatti i CNT.
Questo metodo può anche funzionalizzare i CNT, migliorandone la solubilità e la reattività.
2. Tecniche di separazione
Comprendono la centrifugazione, la cromatografia e l'elettroforesi, che possono separare le CNT in base alle loro proprietà fisiche e chimiche.
3. Metodi meccanici
Come la sonicazione e la filtrazione, che possono separare fisicamente le CNT dalle impurità.
Questi metodi di sintesi e purificazione sono in continua evoluzione per migliorare la qualità e la sostenibilità della produzione di CNT, rendendoli più praticabili per un'ampia gamma di applicazioni.
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