Os nanotubos de carbono (CNT) são alótropos de carbono cilíndricos em forma de favo de mel com diâmetro nano.
Há inúmeras propriedades dos CNTs, como resistência mecânica, elasticidade, leveza, condutividade elétrica e térmica, que os tornam o material mais promissor.
Muitos setores, como o eletrônico, o médico, o de armazenamento de energia, o de sensores e muitos outros, estão utilizando os CNTs em grande quantidade. A demanda crescente exerce pressão constante sobre o aumento da fabricação de CNTs.
Essa produção em larga escala de CNTs se tornou o principal desafio que dificulta suas aplicações.
Enfrentando o desafio :
Em geral, os cientistas preferem cultivar florestas de CNTs em vez de cultivá-las individualmente. As florestas de CNT são matrizes de CNT alinhadas verticalmente que são automontadas.
Isso geralmente é realizado por meio do processo de deposição de vapor químico na presença de um catalisador fixo em um substrato que, posteriormente, é separado da floresta de CNTs para produzir material de alta pureza.
Embora esse processo ofereça muitos méritos, o único grande problema enfrentado é a duração.
Até agora, os pesquisadores conseguiram cultivar a floresta de CNTs de até 2 cm usando catalisadores como o ferro (Fe) em suporte de óxido de alumínio (Al2O3) (o comprimento dos CNTs desempenha um papel fundamental no que diz respeito às suas propriedades, por isso é necessário considerar esse aspecto).
Isso afeta seu valor industrial ao limitar o fornecimento e aumentar o custo do material.
Houve uma descoberta revolucionária que mudou totalmente o jogo.
Recentemente, uma equipe de cientistas do Japão registrou o comprimento da floresta de CNTs de até 14 cm por meio de uma nova abordagem. Seu estudo foi publicado recentemente na revista Carbon.
Hisashi Sugime, professor assistente da Universidade de Waseda, e sua equipe descobriram que os CNTs pararam de crescer devido à mudança estrutural gradual no catalisador (Fe-Al2Ox) que foi usado anteriormente.
Basicamente, quando a densidade dos CNTs, que depende do número de catalisadores ativos, é insuficiente para manter uma estrutura autossustentável, o crescimento da floresta termina.
Portanto, o catalisador usado deve permanecer estrutural e quimicamente estável.
Sua abordagem foi mudar a técnica para suprimir essa instabilidade.
Eles conseguiram isso adicionando a camada de gadolínio (Gd) ao catalisador anterior revestido com um substrato de silício tipo n.
A camada de gadolínio ajudou a evitar a deterioração do catalisador e, por sua vez, permitiu que a floresta de CNTs crescesse 5 cm.
Além disso, para atingir o comprimento desejado, eles mantiveram o catalisador em uma câmara chamada câmara de deposição de vapor químico (CVD) com gás frio.
O catalisador foi pré-tratado mantendo-se a temperatura em até 750 °C e fornecendo pequenas concentrações de vapores de Fe e Al em temperatura ambiente.
Isso ajudou a manter a estrutura do catalisador por até 26 horas, o que, por sua vez, promoveu o crescimento da floresta de CNTs.
Após análises cuidadosas, eles conseguiram registrar com sucesso o comprimento da floresta de CNTs em 14 cm.
Esse progresso notável ampliou os aspectos de aplicação dos CNTs.
Isso poderia mudar a abordagem da nanotecnologia e da nanociência para pesquisas futuras.
Para ler o artigo de pesquisa completo publicado, consulte o DOI abaixo.
Referência :
Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Floresta de nanotubos de carbono ultralonga por meio de suplementos in situ de fontes de vapor de ferro e alumínio. Carbono, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066
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