(PhysOrg.com) -- I ricercatori dell'Imperial College di Londra hanno sviluppato un versatile, metodo pratico ed efficiente per attivare siti sulla superficie dei nanotubi di carbonio (CNT) e successivamente legare ad essi un'ampia gamma di molecole. Questo nuovo metodo consentirà la produzione su larga scala di CNT modificati.
Il nuovo metodo, riportato questo mese sul giornale Scienze chimiche , supera un grosso ostacolo nello sviluppo di applicazioni su scala industriale per i CNT. Fornisce ai produttori un metodo che, in linea di principio, può essere utilizzato per modificare la chimica superficiale della struttura sottostante dei nanotubi, su larga scala. La modifica della superficie può fornire nuove proprietà o consentire successive fasi di lavorazione:ad esempio, le molecole innestate sui CNT possono introdurre attività catalitica o fornire compatibilità con particolari solventi.
Il nostro approccio è potenzialmente un passo molto significativo verso la produzione di nanotubi di carbonio con caratteristiche chimiche specifiche, cosiddetta funzionalizzazione, su scala industriale, " ha detto il professor Milo Shaffer, autore principale dello studio del Dipartimento di Chimica dell'Imperial College di Londra. "Il nostro metodo è estremamente pratico perché, in linea di principio, può sfruttare le infrastrutture esistenti e tuttavia rimane estremamente versatile; la vasta gamma di molecole che possono essere legate ai CNT rende la tecnologia adattabile a quasi tutte le applicazioni".
"La nostra tecnica è intrinsecamente scalabile e, per la prima volta, dovrebbe essere possibile funzionalizzare i CNT sulla stessa scala in cui vengono prodotti. Questo cambiamento è significativo in quanto l'attuale capacità dell'industria di produrre CNT è di centinaia, se non migliaia, volte maggiore della sua capacità di aggiungere chimica superficiale complessa. Questa tecnica dovrebbe aumentare la disponibilità di CNT funzionalizzati, abilitare nuove applicazioni che richiedono la produzione in serie, e quindi favorire la crescita del mercato, " ha aggiunto il professor Shaffer.
Il metodo sviluppato dal professor Shaffer e dai suoi colleghi dovrebbe consentire ai CNT di essere facilmente adattati a potenziali applicazioni come reti di sensori, filtri, elettrodi per dispositivi elettrochimici, catalizzatori avanzati e per migliorare la compatibilità CNT in, Per esempio, materiali compositi, solventi, ed elettroliti.
Il passaggio chiave del nuovo metodo prevede l'attivazione dei CNT ad alte temperature in atmosfera inerte o sotto vuoto. Il trattamento ad alta temperatura guida il desorbimento degli ossidi superficiali sulla superficie del CNT, producendo radicali reattivi che possono successivamente legare un'ampia gamma di molecole funzionali per modificare le proprietà fisico-chimiche dei CNT. I radicali possono anche avviare la polimerizzazione dei monomeri, in modo che gli oligomeri delle molecole funzionali siano legati ai CNT. Il trattamento non provoca danni significativi alla struttura del CNT, perché i siti di superficie che attiva sono già presenti su nanotubi fabbricati con metodi industriali standard. Il numero di siti reattivi, e quindi grado di funzionalizzazione, può essere aumentata da ulteriori passaggi di ossidazione.
Il team del professor Shaffer ha dimostrato che le molecole funzionali sono legate a, e distribuito uniformemente, la superficie dei CNT. Mentre le molecole sono legate a densità relativamente basse, il grado di funzionalizzazione è sufficiente per offrire benefici nelle applicazioni industriali. Il team ha già dimostrato l'adesione di particelle metalliche catalitiche, solubilità potenziate, e migliore bagnatura con matrici polimeriche.
Il professor Shaffer ha affermato:"Il trattamento termico per attivare i CNT è compatibile con alcune tecnologie di produzione esistenti e può essere facilmente adottato per funzionare con altre. Laddove le molecole funzionali da aggiungere sono volatili, il metodo può essere effettuato in fase gassosa senza bisogno di solventi, in qualsiasi fase. L'assenza di solvente semplifica la purificazione dei CNT funzionalizzati e, poiché molti solventi utilizzati nei metodi di attivazione a umido sono corrosivi e tossici, questa opzione ha vantaggi ambientali e di controllo dei rischi. Ha anche il vantaggio di essere meno dannoso, meno dispendioso, e richiede meno tempo rispetto ai metodi esistenti."
