I nanotubi di carbonio (CNT) sono sintetizzati con diverse tecniche, ognuna con parametri e condizioni uniche che influenzano la qualità e le caratteristiche dei CNT prodotti.
Quali sono le tecniche dei nanotubi di carbonio? 4 metodi chiave spiegati
1. Deposizione chimica da vapore (CVD)
La CVD è il processo commerciale dominante per la produzione di CNT.
Comporta la decomposizione di gas idrocarburi su un catalizzatore ad alte temperature.
Il processo può essere modificato per utilizzare diverse materie prime, tra cui il monossido di carbonio e materie prime verdi o di scarto come il metano o l'anidride carbonica catturata per elettrolisi in sali fusi.
Il processo CVD consente di controllare il diametro e l'allineamento delle CNT regolando parametri quali il tempo di permanenza, la portata e la pressione di crescita.
2. Deposizione di vapore chimico potenziata da plasma (PECVD)
La PECVD è una variante più complessa della CVD che utilizza il plasma per potenziare le reazioni chimiche.
Questo metodo consente la crescita dei CNT a temperature più basse.
Hofmann et al. dell'Università di Cambridge sono riusciti a far crescere nanofibre allineate verticalmente a 120°C utilizzando l'acetilene come gas idrocarburo.
Il processo PECVD è influenzato da numerosi fattori, tra cui la chimica del plasma, gli effetti del campo elettrico e la chimica della superficie, che determinano le caratteristiche di crescita dei CNT.
3. Ablazione laser e scarica ad arco
Sono metodi tradizionali per la sintesi dei CNT.
L'ablazione laser comporta la vaporizzazione del carbonio con un raggio laser.
La scarica ad arco utilizza un arco elettrico tra due elettrodi di grafite per produrre vapore di carbonio.
Entrambi i metodi possono produrre CNT di alta qualità, ma sono meno controllabili e scalabili rispetto ai metodi CVD.
4. Tecniche e materie prime emergenti
Sono in corso ricerche sull'utilizzo di materie prime verdi o di scarto per la produzione di CNT.
La pirolisi del metano, ad esempio, decompone il metano in idrogeno e carbonio solido, compresi i CNT.
Questo approccio non solo produce CNT, ma contribuisce anche al sequestro del carbonio, riducendo le emissioni di gas serra.
Ciascuna di queste tecniche presenta vantaggi e sfide, con CVD e PECVD che sono le più adottate grazie alla loro scalabilità e al controllo delle proprietà dei CNT.
Tuttavia, la scelta della tecnica dipende dai requisiti specifici dell'applicazione e dalle caratteristiche desiderate dei CNT.
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