(Phys.org) -- Una spugna di nanotubi di carbonio che può assorbire l'olio nell'acqua con un'efficienza senza pari è stata sviluppata con l'aiuto di simulazioni computazionali eseguite presso l'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia (DOE).

Nanotubi di carbonio, che consistono in fogli di carbonio dello spessore di un atomo arrotolati in cilindri, hanno catturato l'attenzione scientifica negli ultimi decenni a causa della loro elevata resistenza, potenziale alta conduttività e peso leggero. Ma la produzione di nanotubi sfusi per applicazioni specializzate è stata spesso limitata dalle difficoltà nel controllare il processo di crescita, nonché nella dispersione e nell'ordinamento dei nanotubi prodotti.

Bobby Sumpter dell'ORNL faceva parte di un team di ricerca multi-istituzionale che si proponeva di coltivare grandi gruppi di nanotubi sostituendo selettivamente gli atomi di boro nel reticolo di carbonio altrimenti puro. Sumpter e Vincent Meunier, ora del Rensselaer Polytechnic Institute, simulazioni condotte su supercomputer, tra cui Jaguar presso la Leadership Computing Facility di ORNL, per capire come l'aggiunta di boro influenzerebbe la struttura dei nanotubi di carbonio.

"Ogni volta che metti un atomo diverso all'interno del reticolo di carbonio esagonale, che è una rete simile a un filo di pollo, interrompi quella rete perché quegli atomi non vogliono necessariamente far parte della struttura del filo di pollo, " disse Sumpter. "Il boro ha un numero diverso di elettroni di valenza, il che si traduce in cambiamenti di curvatura che innescano un diverso tipo di crescita".

Simulazioni ed esperimenti di laboratorio hanno mostrato che l'aggiunta di atomi di boro ha incoraggiato la formazione delle cosiddette giunzioni "a gomito" che aiutano i nanotubi a crescere in una rete 3D. I risultati del team sono pubblicati su Nature Rapporti scientifici .

"Invece di una foresta di tubi dritti, si crea un interconnesso, materiale spugnoso intrecciato, "Sumpter ha detto. "Perché è interconnesso, diventa tridimensionalmente forte, invece che solo unidimensionalmente forte lungo l'asse del tubo."

Ulteriori esperimenti hanno mostrato il materiale del team, visibile all'occhio umano, è estremamente efficiente nell'assorbire l'olio nell'acqua di mare contaminata perché attira l'olio e respinge l'acqua.

"Ama il carbonio perché è principalmente carbonio, " Disse Sumpter. "A seconda della densità dell'olio rispetto al contenuto di acqua e della densità della rete di spugne, assorbirà fino a 100 volte il suo peso in olio."

La flessibilità meccanica del materiale, proprietà magnetiche, e la forza gli conferiscono ulteriore fascino come potenziale tecnologia per aiutare nella pulizia delle fuoriuscite di petrolio, dice Sumpter.

"Puoi riutilizzare il materiale più e più volte perché è così robusto, " ha detto. "La combustione non diminuisce sostanzialmente la sua capacità di assorbire l'olio, e anche schiacciarlo come una spugna non lo danneggia."

Le proprietà magnetiche del materiale, causato dall'uso da parte del team di un catalizzatore di ferro durante il processo di crescita dei nanotubi, significa che può essere facilmente controllato o rimosso con un magnete in uno scenario di pulizia dell'olio. Questa capacità è un miglioramento rispetto alle sostanze esistenti utilizzate nella rimozione dell'olio, che spesso vengono lasciati indietro dopo la pulizia e possono degradare l'ambiente.

Il team sperimentale ha presentato una domanda di brevetto sulla tecnologia tramite la Rice University. La ricerca è pubblicata come "Solidi di nanotubi di carbonio tridimensionali legati covalentemente tramite nanogiunzioni indotte da boro, " ed è disponibile online.