Scoperte nel 1991 da Sumio Iijima, i nanotubi di carbonio sono considerati una delle forme allotropiche del carbonio, analogamente ai fullerene. Questi nanotubi sono costituiti da esagoni nel corpo e da esagoni e pentagoni nelle strutture di chiusura, richiamando la forma dei fullerene.
Classificazione dei Nanotubi di Carbonio
Indice Articolo
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Nanotubo a parete singola (SWCNT)
: composto da un singolo foglio grafitico avvolto su sé stesso;–
Nanotubo a parete multipla (MWCNT)
: formato da più fogli avvolti coassialmente uno sull’altro.Un nanotubo a parete singola ha la forma di una cannuccia ed è composto da un unico strato, mentre i nanotubi a parete multipla possono avere da 2 a più di 100 fogli legati da forze interatomiche.
Proprietà dei Nanotubi di Carbonio
I nanotubi di carbonio presentano eccellenti proprietà meccaniche, elettroniche e termiche. Essi sono materiali estremamente resistenti e duri, con bassa densità, forza tensile e modulo di Young uniche. Queste caratteristiche fanno sì che i nanotubi siano impiegati in materiali compositi ad alte prestazioni. La loro forza e rigidità derivano dai legami sp² del carbonio presenti nella struttura. Inoltre, i nanotubi di carbonio mostrano proprietà di conduttività che variano a seconda del loro avvolgimento di grafene, che può conferire loro caratteristiche metalliche o semiconduttive.
La struttura dei nanotubi può essere descritta tramite una coppia di indici (n, m), che indica il numero di unità di vettori lungo le due direzioni del reticolo cristallino. A seconda di come il foglio di grafene è arrotolato per formare il tubo, i nanotubi possono essere zigzag, armchair o chirali.
In conclusione, i nanotubi di carbonio sono materiali straordinari che offrono un’ampia gamma di potenziali applicazioni grazie alle loro eccezionali proprietà fisiche e chimiche.
La produzione dei nanotubi di carbonio
I nanotubi di carbonio vengono prodotti sia in laboratori di ricerca che a livello industriale. In passato, le tecniche utilizzate erano la scarica ad arco e l’ablazione laser. Queste metodologie provocavano la formazione di nanotubi di carbonio a partire da grafite contenente tracce di metalli come ferro, cobalto o nichel. Il processo avviene attraverso l’utilizzo di una sorgente energetica (scarica elettrica o raggio laser) che crea esplosioni nella grafite, causando la sublimazione del carbonio. Con la presenza di metalli, il carbonio sublimato si trasforma in nanotubi di forma cilindrica.
Tuttavia, queste tecniche sono state abbandonate a causa di inconvenienti come la formazione di prodotti indesiderati e i costi elevati dei macchinari. Attualmente, la tecnica più comune è la deposizione chimica da fase vapore, che richiede un substrato solido come il quarzo, un materiale catalitico come il ferro, il cobalto o il nichel, e un gas contenente carbonio come metano o acetilene. Riscaldando il substrato a una temperatura tra i 600 e gli 800°C, il gas carbonioso si decompone in carbonio e idrogeno, con il carbonio che precipita e forma i nanotubi.
Usi dei nanotubi di carbonio
I nanotubi di carbonio suscitano un grande interesse sia nella comunità accademica che nell’industria. Trovano applicazione in diversi settori, quali la nanoelettronica per la realizzazione di diodi e transistori, supercondensatori, attuatori elettromeccanici, sensori chimici, celle a combustibile, schermi piatti, impianti biomedici e dispositivi nanoelettronici. Gli ambiti di impiego dei nanotubi di carbonio risultano molto vasti e ancora in fase di approfondimento e studio per ulteriori sviluppi tecnologici.
