Formazione di nanotubi in loco grazie all’effetto tunnel

I nanotubi di carbonio (CNT) sono cilindri dal diametro estremamente piccolo realizzati in grafene laminato, vale a dire un foglio di carbonio dello spessore di un atomo connesso in una geometria a nido d’ape. Sebbene queste strutture siano estremamente variabili in termini di lunghezza, spessore e numero di strati, esse presentano nel complesso una combinazione esclusiva di resistenza, rigidità e conducibilità elettrica e termica.

Gli ambiti di applicazione dei CNT sono in continua crescita e la possibilità di creare strutture allo stato fuso a partire dai nanotubi di carbonio, come corde e tappeti, potrebbe registrare un impatto determinante su numerosi settori industriali. Tuttavia, la preparazione di materiali allo stato sfuso a base di CNT rappresenta un’operazione estremamente complessa che si trova attualmente in uno stato embrionale. Gli scienziati impegnati nel progetto CNTBUS (“In-situ fabrication of carbon nanotubes and bulk structures of designed configuration”), finanziato dall’UE, hanno offerto un enorme contributo a tale settore.

Un metodo promettente attualmente in fase di sviluppo e finalizzato alla produzione di corde di nanotubi di carbonio in loco consiste nell’utilizzo di nanoparticelle per l’applicazione dell’effetto tunnel mediante fibre in poliacrilonitrile (PAN) elettrofilate ricche di carbonio. La PAN è una comune fibra acrilica e, nello specifico, una resina polimerica organica, sintetica e semicristallina. Il progetto CNTBUS ha tentato di rivoluzionare questo metodo attraverso l’integrazione di nanoparticelle di metallo in loco allo scopo di trasformare le fibre in lunghissimi nanotubi di carbonio caratterizzati da livelli estremamente elevati di resistenza.

Nello specifico, il gruppo di lavoro si è prefissato l’obiettivo di ideare un processo in cui nanoparticelle di metallo applicano l’effetto tunnel all’interno di fibre di carbonio. Da studi condotti su fibre di carbonio rivestite con metalli emerge che un nucleo libero di fibre di carbonio si rivela necessario per guidare il movimento delle nanoparticelle di metallo. Gli scienziati hanno inoltre scoperto che la catalisi prodotta dalle nanoparticelle di metallo causa l’impilamento di strati di grafene per la formazione di nanotubi di carbonio, sebbene i meccanismi alla base della strutturazione ordinata di queste particelle rimangano tuttora poco chiari.

Nuove ricerche incentrate sullo sfruttamento della microscopia elettronica in trasmissione avanzata consentiranno di chiarire l’intero processo, aprendo la strada alla sintesi controllata di strutture allo stato sfuso formate da nanotubi di carbonio che registreranno un utilizzo diffuso in numerosi ambiti, tra cui quello dei superrinforzi, dei filtri, delle maschere, dei catalizzatori e dei rivestimenti. Queste risorse registreranno un impatto socioeconomico determinante sulla leadership europea.