Cosa sono i nanotubi di carbonio?

Gli scienziati non sanno tutto carbonio in breve nanotubi o CNT, ma sanno che sono tubi cavi molto sottili e leggeri costituiti da atomi di carbonio. UN carbonio il nanotubo è come un foglio di grafite che viene arrotolato in un cilindro, con il particolare reticolo esagonale che costituisce il foglio. I nanotubi di carbonio sono estremamente piccoli; il diametro di un nanotubo di carbonio è un nanometro, che corrisponde a un decimilionesimo (1 / 10.000) del diametro di un capello umano. I nanotubi di carbonio possono essere prodotti a varie lunghezze.

I nanotubi di carbonio sono classificati in base alle loro strutture: nanotubi a parete singola (SWNT), nanotubi a doppia parete (DWNT) e nanotubi a parete multipla (MWNT). Le diverse strutture hanno proprietà individuali che rendono i nanotubi appropriati per diverse applicazioni.

A causa delle loro proprietà meccaniche, elettriche e termiche uniche, i nanotubi di carbonio offrono interessanti opportunità per la ricerca scientifica e le applicazioni industriali e commerciali. Esiste un grande potenziale per i CNT nel settore dei compositi.

Le fiamme di candele formano naturalmente nanotubi di carbonio. Per utilizzare i nanotubi di carbonio nella ricerca e nello sviluppo di manufatti, tuttavia, gli scienziati hanno sviluppato metodi di produzione più affidabili. Mentre sono in uso numerosi metodi di produzione, la deposizione chimica da vapore, la scarica ad arco e l'ablazione laser sono i tre metodi più comuni per produrre nanotubi di carbonio.

Nella deposizione chimica da vapore, i nanotubi di carbonio vengono coltivati ​​da semi di nanoparticelle metalliche spruzzate su un substrato e riscaldate a 700 gradi Celsius (1292 gradi Fahrenheit). Due gas introdotti nel processo avviano la formazione dei nanotubi. (A causa della reattività tra i metalli e i circuiti elettrici, l'ossido di zirconio viene talvolta usato al posto di metallo per i semi di nanoparticelle.) La deposizione chimica da vapore è il metodo commerciale più popolare produzione.

La scarica ad arco è stato il primo metodo utilizzato per sintetizzare i nanotubi di carbonio. Due barre di carbonio posizionate end-to-end sono vaporizzate ad arco per formare i nanotubi di carbonio. Sebbene questo sia un metodo semplice, i nanotubi di carbonio devono essere ulteriormente separati dal vapore e dalla fuliggine.

L'ablazione laser abbina un laser pulsante e un gas inerte ad alte temperature. Il laser pulsato vaporizza la grafite, formando nanotubi di carbonio dai vapori. Come con il metodo di scarica dell'arco, i nanotubi di carbonio devono essere ulteriormente purificati.

I nanotubi di carbonio hanno una serie di proprietà preziose e uniche, tra cui:

• Alta conducibilità termica ed elettrica
• Proprietà ottiche
• Flessibilità
• Rigidità aumentata
• Elevata resistenza alla trazione (100 volte più resistente dell'acciaio per unità di peso)
• leggero
• Gamma di elettroconduttività
• Capacità di essere manipolata ma rimanere forte

Se applicate ai prodotti, queste proprietà offrono enormi vantaggi. Ad esempio, se utilizzati nei polimeri, i nanotubi di carbonio sfusi possono migliorare le proprietà elettriche, termiche ed elettriche dei prodotti.

Oggi, i nanotubi di carbonio trovano applicazione in molti prodotti diversi e i ricercatori continuano a esplorare nuove applicazioni creative.

Le applicazioni attuali includono:

• Componenti per biciclette
• Turbine eoliche
• Schermi a schermo piatto
• Microscopi a sonda di scansione
• Dispositivi di rilevamento
• Vernici marine
• Attrezzature sportive, come sci, mazze da baseball, mazze da hockey, frecce da tiro con l'arco e tavole da surf
• Circuiti elettrici
• Batterie con maggiore durata
• Elettronica

Usi futuri dei nanotubi di carbonio può includere:

• Abbigliamento (a prova di pugnalata e antiproiettile)
• Materiali semiconduttori
• Navicella spaziale
• Ascensori spaziali
• Pannelli solari
• Trattamento per il cancro
• Schermi touch
• Accumulo di energia
• Ottica
• Radar
• Biofuel
• LCD
• Provette submicroscopiche

Mentre gli alti costi di produzione attualmente limitano le applicazioni commerciali, le possibilità di nuovi metodi e applicazioni di produzione sono incoraggianti. Con l'aumentare della comprensione dei nanotubi di carbonio, aumenteranno anche i loro usi. A causa della loro combinazione unica di proprietà importanti, i nanotubi di carbonio hanno il potenziale per rivoluzionare non solo la vita quotidiana, ma anche l'esplorazione scientifica e l'assistenza sanitaria.

I CNT sono un materiale nuovissimo con poca storia a lungo termine. Sebbene nessuno si sia ancora ammalato a causa dei nanotubi, gli scienziati predicano cautela nel maneggiare le nanoparticelle. Gli esseri umani hanno cellule che possono elaborare particelle tossiche e estranee come particelle di fumo. Tuttavia, se una determinata particella estranea è o troppo grande o troppo piccola, il corpo potrebbe non essere in grado di catturare ed elaborare quella particella. Questo è stato il caso dell'amianto.

I potenziali rischi per la salute non sono motivo di allarme, tuttavia, le persone che manipolano e lavorano con nanotubi di carbonio dovrebbero adottare le precauzioni necessarie per evitare l'esposizione.