(PhysOrg.com) -- Gli scienziati della Rice University hanno presentato oggi un metodo per la lavorazione su scala industriale di fibre di nanotubi di carbonio puro che potrebbe portare a progressi rivoluzionari nella scienza dei materiali, distribuzione di energia e nanoelettronica. Il risultato di un programma di nove anni, il metodo si basa su processi collaudati che le aziende chimiche hanno utilizzato per decenni per produrre plastica. La ricerca è disponibile online sulla rivista Nanotecnologia della natura .

"La plastica è un'industria statunitense da 300 miliardi di dollari a causa dell'enorme produttività possibile con la lavorazione dei fluidi, " ha detto Matteo Pasquali di Rice, un coautore di carta e professore in ingegneria chimica e biomolecolare e in chimica. "La ragione per cui i negozi di alimentari usano sacchetti di plastica invece della carta e la ragione per cui le camicie in poliestere sono più economiche del cotone è che i polimeri possono essere sciolti o disciolti e trasformati come fluidi dal carico del vagone. La lavorazione dei nanotubi come fluidi apre tutto il fluido- tecnologia di lavorazione che è stata sviluppata per i polimeri."

Il rapporto è stato co-autore di un team di 18 scienziati del Richard E. Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology della Rice, l'Università della Pennsylvania e il Technion-Israel Institute of Technology. I coautori includono l'omonimo Rick Smalley dello Smalley Institute, il defunto chimico premio Nobel che ha sviluppato il primo metodo ad alta produttività per la produzione di nanotubi di carbonio di alta qualità, così come Virginia Davis, un ex studente di dottorato di Pasquali e Smalley che ora è professore alla Auburn University, e Micah Green, un ex ricercatore post-dottorato di Pasquali che ora è professore alla Texas Tech University.

Il nuovo processo si basa sulla scoperta di Rice nel 2003 di un modo per dissolvere grandi quantità di nanotubi puri in solventi fortemente acidi come l'acido solforico. Il team di ricerca ha successivamente scoperto che i nanotubi in queste soluzioni si allineavano, come spaghetti in un pacchetto, per formare cristalli liquidi che potrebbero essere filati in fibre monofilamento delle dimensioni di un capello umano.

"Quella ricerca ha stabilito un processo industrialmente rilevante per i nanotubi che era analogo ai metodi utilizzati per creare Kevlar da polimeri simili a bastoncelli, tranne per il fatto che l'acido non è un vero solvente, "ha detto Wade Adams, direttore dello Smalley Institute e coautore del nuovo articolo. "L'attuale ricerca mostra che abbiamo un vero solvente per i nanotubi, l'acido clorosolfonico, che è quello che ci eravamo prefissati di trovare quando abbiamo iniziato questo progetto nove anni fa".

Dopo la svolta del 2003 con i solventi acidi, il team ha studiato metodicamente il comportamento dei nanotubi in diversi tipi e concentrazioni di acidi. Confrontando e confrontando il comportamento dei nanotubi negli acidi con la letteratura sui polimeri e sui colloidi bastoncelli, il team ha sviluppato gli strumenti sia teorici che pratici di cui le aziende chimiche avranno bisogno per elaborare i nanotubi alla rinfusa.

"Ishi Talmon e i suoi colleghi del Technion hanno svolto il lavoro fondamentale necessario per ottenere la prova diretta che i nanotubi si dissolvevano spontaneamente nell'acido clorosolfonico, — disse Pasquali. — Per fare questo, hanno dovuto sviluppare nuove tecniche sperimentali per l'imaging diretto di soluzioni di acidi congelati vetrificati".

Talmon ha detto, "Questo è stato uno studio molto difficile. Il team di Matteo non solo ha dovuto sperimentare nuove tecniche sperimentali per raggiungere questo obiettivo, hanno anche dovuto fare estensioni significative alle teorie classiche che sono state utilizzate per descrivere le soluzioni delle aste. Il team di Technion ha dovuto sviluppare una nuova metodologia per consentirci di produrre immagini ad alta risoluzione dei nanotubi dispersi in acido clorosolfonico, un fluido molto corrosivo, mediante microscopia elettronica all'avanguardia a temperature criogeniche."

Co-autore Nicholas Parra-Vasquez, uno studente laureato Rice consigliato da Pasquali che ora lavora in Francia, disse, "Guardando il progetto quando ho iniziato, Non avevo idea di dove sarebbe andato a finire e quanto lavoro doveva essere fatto. Il progetto ha coinvolto molti studenti e professori, nonché collaborazioni con altre scuole. A causa di ciò, è stato un processo lento ma che non ha lasciato alcuna strada incontrollata. Guardandolo ora, Non riesco a credere quanto sia diventato grande, quanto impegno è stato messo in ogni punto trovato".

Poche scoperte tecnologiche sono state pubblicizzate tanto quanto i nanotubi di carbonio. Dalla loro scoperta nel 1991, i nanotubi sono stati propagandati come qualsiasi cosa, da una cura per il cancro a una soluzione per la crisi energetica mondiale. Il clamore è tanto più notevole dato che i nanotubi sono notoriamente difficili da lavorare e che i chimici di tutto il mondo hanno lottato per anni anche solo per realizzarli.

Allora perché l'hype? In poche parole, i nanotubi di carbonio sono notevoli. Sebbene abbiano all'incirca le stesse dimensioni e forma di alcune molecole polimeriche a bastoncino, i nanotubi possono condurre elettricità così come il rame, e possono essere metalli o semiconduttori. Possono essere etichettati con anticorpi per diagnosticare malattie o riscaldati con onde radio per distruggere il cancro. Sono stati usati per realizzare transistor molto più piccoli di quelli dei migliori microchip odierni. Anche i nanotubi pesano circa un sesto dell'acciaio, ma possono essere fino a 100 volte più resistenti.

"Kevlar, la fibra polimerica utilizzata nei giubbotti antiproiettile, è circa 5-10 volte più resistente delle nostre fibre di nanotubi più resistenti oggi, ma in linea di principio dovremmo essere in grado di rendere le nostre fibre circa 100 volte più forti, "Ha detto Pasquali. "Se riusciamo a realizzare anche solo il 20 per cento del nostro potenziale, avremo un ottimo materiale, forse il più forte mai conosciuto.

"La conduttività elettrica è già abbastanza buona, " ha detto. "E 'più o meno lo stesso delle fibre di carbonio-carbonio meglio conduttive, e questo potrebbe essere migliorato 200 volte se si potessero trovare metodi di produzione migliori per i nanotubi metallici".

La nuova ricerca appare proprio mentre lo Smalley Institute si prepara per la celebrazione del decimo anniversario il 5 novembre della creazione del reattore "HiPco" di Smalley, il primo sistema in grado di produrre nanotubi di alta qualità alla rinfusa. HiPco, abbreviazione di processo di monossido di carbonio ad alta pressione, ha rotto l'impasse nella produzione di nanotubi e ha aperto la strada a ulteriori studi scientifici e all'industria per iniziare a usarli in alcuni materiali. I reattori industriali a nanotubi generano oggi diverse tonnellate di nanotubi di carbonio di bassa qualità all'anno, e si prevede che il mercato mondiale dei nanotubi raggiungerà i 2 miliardi di dollari all'anno entro il prossimo decennio.

Ma rimane un'ultima svolta prima che si possa realizzare il vero potenziale dei nanotubi di carbonio di alta qualità. Questo perché HiPco e tutti gli altri metodi per realizzare prodotti di fascia alta, i nanotubi "a parete singola" generano un miscuglio di nanotubi con diametri diversi, lunghezze e strutture molecolari. Gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando di trovare un processo che genererà un solo tipo di nanotubo alla rinfusa, come le varietà metalliche più conduttive, ad esempio.

"Una cosa buona del processo che abbiamo in questo momento è che se qualcuno potesse darci un grammo di nanotubi metallici puri, potremmo dargli un grammo di fibra in pochi giorni, " Disse Pasquali.

Fonte:Rice University (notizie:web)