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Il metodo chimico principale per sintetizzare i nanotubi di carbonio (CNT) è la deposizione chimica da vapore (CVD). Questo metodo prevede la decomposizione di gas idrocarburi su un catalizzatore metallico ad alte temperature, che porta alla formazione di nanotubi di carbonio. La CVD è favorita per la sua scalabilità e il controllo sulla struttura dei nanotubi, che la rendono il processo commerciale dominante.

Spiegazione dettagliata:

1. Processo di deposizione chimica da vapore (CVD):

2. Nel processo CVD, un gas precursore, in genere un idrocarburo come il metano o l'etilene, viene fatto passare su un catalizzatore metallico (spesso ferro, cobalto o nichel) ad alte temperature, in genere tra i 600°C e i 1200°C. Le particelle di catalizzatore metallico fungono da siti di nucleazione in cui gli atomi di carbonio del gas si decompongono e si riassemblano nella struttura tubolare dei nanotubi. La crescita dei nanotubi avviene in direzione perpendicolare alla superficie del catalizzatore.Preparazione del catalizzatore e del substrato:

3. Il catalizzatore viene spesso depositato su un substrato, che può essere un wafer di silicio o una piastra di ceramica. Le particelle di catalizzatore devono essere della giusta dimensione (in genere 1-100 nm) per facilitare la crescita dei nanotubi. La preparazione dello strato di catalizzatore è fondamentale in quanto influisce sulla densità, sull'allineamento e sulla qualità dei nanotubi.

4. Parametri del processo:

5. Il successo della sintesi di CNT tramite CVD dipende da diversi parametri, tra cui la temperatura, la portata del gas, la pressione e la scelta del catalizzatore. Ad esempio, temperature più elevate favoriscono generalmente una crescita più rapida, ma possono anche portare a difetti nei nanotubi. La portata del gas influenza la concentrazione di atomi di carbonio disponibili per la crescita e la pressione può influenzare la diffusione di questi atomi sulla superficie del catalizzatore.Tecniche e materie prime emergenti:

I recenti sviluppi nella CVD includono l'uso del monossido di carbonio come materia prima nei metodi CVD catalitici modificati. Inoltre, vi è un crescente interesse nell'utilizzo di materie prime verdi o di scarto, come l'anidride carbonica catturata dall'elettrolisi in sali fusi o la pirolisi del metano. Questi metodi mirano a produrre CNT gestendo al contempo i rifiuti ambientali e riducendo le emissioni di gas serra.