Nessuno mette in dubbio che i nanotubi di carbonio abbiano il potenziale per essere una tecnologia meravigliosa:le loro proprietà includono una conduttività termica superiore a quella del diamante, maggiore resistenza meccanica rispetto all'acciaio – ordini di grandezza in peso – e migliore conducibilità elettrica rispetto al rame.

Ma, come altre "grandi tecnologie del futuro", stiamo esagerando con i nanotubi? Stanno per superare la vera prova, quella di un uso pratico diffuso? la risposta è un si deciso. Il successo dei nanotubi di carbonio (CNT) è dimostrato da una statistica sorprendente:la capacità di produzione commerciale mondiale supera attualmente diverse migliaia di tonnellate all'anno, secondo il dottor Michael De Volder, docente recentemente nominato presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Istituto per la Produzione. Ma è un livello di produzione che ha richiesto circa 20 anni per raggiungere.

"L'inizio della ricerca diffusa sui nanotubi di carbonio è stato preceduto negli anni '90 dal primo rapporto scientifico sui CNT, sebbene i nanofilamenti cavi di carbonio siano stati segnalati già negli anni '50, " dice il dottor De Volder. "Tuttavia, L'attività commerciale relativa ai nanotubi di carbonio è cresciuta in modo più sostanziale nell'ultimo decennio. Dal 2006, la capacità di produzione mondiale di nanotubi di carbonio è aumentata di almeno dieci volte".

Il recente documento di revisione scientifica del dott. De Volder sulle applicazioni di nanotubi di carbonio disponibili in commercio dà un'idea di quanto sia diffuso l'impatto reale che la tecnologia sta iniziando a produrre [M. De Volder et al. Scienza 339, 2013]. Prendi i depuratori d'acqua, Per esempio, la dimensione, superficie e proprietà di adsorbimento dei nanotubi di carbonio li rendono una membrana ideale per filtrare sostanze chimiche tossiche, sali disciolti e contaminanti biologici dall'acqua. La società statunitense Seldon Technologies ha sviluppato il MineralWater System utilizzando la sua "Nanomesh Purification Technology" - un sistema di filtrazione a nanotubi di carbonio - proprio per fare questo. L'azienda afferma che il suo sistema fornisce acqua potabile senza l'uso di prodotti chimici, calore, o potere:vitale per l'uso nei paesi in via di sviluppo dove è più necessario. Il filtro rimuove agenti patogeni e contaminanti come virus, batteri, cisti e spore, erogare acqua che soddisfa o supera lo standard per l'acqua potabile dell'USEPA. È adatto per l'uso in casa, uffici, scuole, cliniche, e altri ambienti commerciali, dice Seldon.

L'enorme superficie dei nanotubi di carbonio viene sfruttata anche quando vengono utilizzati come elettrodi in batterie e condensatori per fornire più corrente e una migliore stabilità elettrica e meccanica rispetto ad altri materiali. Gli sforzi di ricerca in tutto il mondo in questo campo hanno favorito lo sviluppo di attività commerciali in aziende come Showa Denko (Batterie, Giappone), e FastCAP (Supercaps, NOI). Le proprietà dei nanotubi di carbonio li rendono ideali per migliorare diversi tipi di strutture, ad esempio attrezzatura sportiva, armatura, veicoli, eccetera., dove sono ampiamente utilizzati. I nanotubi creano reti all'interno del materiale composito, ad esempio per aumentare la rigidità e lo smorzamento del materiale.

I produttori di sport li usano nelle racchette da tennis e da badminton, e telai di biciclette. Ma mentre i nanotubi di carbonio vengono utilizzati in applicazioni pratiche, ciò non implica che il loro uso più diffuso non sarà esente da problemi.

"Ci sono una serie di ostacoli che non abbiamo ancora risolto, " Dice il dottor De Volder. "Soprattutto nei target di fascia alta, come la ricerca di transistor migliori, l'esatta morfologia del nanotubo e l'orientamento del reticolo di grafene rispetto all'asse del tubo – indicato come la sua chiralità – è molto importante. In questo momento, abbiamo poca capacità di sintetizzare nanotubi di carbonio con tipi specifici di chiralità ed è questo che determina le proprietà semiconduttive rispetto a quelle conduttive dei nanotubi di carbonio.

"Una delle cose interessanti che sta accadendo è il miglioramento delle simulazioni al computer di come vengono sintetizzati i nanotubi di carbonio, che si spera ci consentirà di modificare il processo di fabbricazione. E la microscopia elettronica rende possibile osservare i nanotubi di carbonio mentre si formano, che sta aiutando una migliore comprensione del processo."

Lo stesso dottor De Volder sta lavorando alla sfida della produzione di massa di dispositivi con centinaia o migliaia di nanotubi.

"Sfortunatamente, quando li riunisci in gran numero, le cifre di merito per le loro proprietà sono spesso deludenti rispetto a quello che si ottiene da un singolo nanotubo di carbonio. Sto cercando di sviluppare tecniche per riunire le particelle in modi più efficienti, o guardando le nuove proprietà emergenti dei materiali a seconda di come si mettono insieme i nanotubi di carbonio".

Tuttavia, stanno avvenendo progressi con gli SWNT, con la società britannica Thomas Swan leader mondiale nella produzione di SWNT con il suo materiale Elicarb, ora utilizzato in aree come i compositi avanzati, elettronica, stoccaggio di energia, Stampa, carta e imballaggi e celle a combustibile.

Un altro recente sviluppo negli SWNT - annunciato a giugno da Linde Electronics - è lo sviluppo di un inchiostro a nanotubi di carbonio da utilizzare nei display, sensori e altri dispositivi elettronici. Le potenziali applicazioni includono smartphone con uno schermo arrotolabile e un dispositivo GPS trasparente incorporato nel parabrezza di un'auto.

"Linde sta ora mettendo a disposizione degli sviluppatori i suoi inchiostri per nanotubi, "dice il dottor Sian Fogden, responsabile dello sviluppo tecnologico e del mercato per l'unità nanomateriali di Linde. "Questi inchiostri contengono nanotubi di carbonio a parete singola e sono prodotti senza danneggiare o accorciare i nanotubi e quindi preservano le proprietà uniche dei nanotubi".

Linde afferma che questo è uno sviluppo fondamentale che migliora drasticamente le prestazioni dei film sottili conduttivi trasparenti realizzati dagli inchiostri e apre le porte allo sviluppo di applicazioni di nanotubi di carbonio non solo nell'elettronica di consumo, ma anche i settori della sanità e della produzione di sensori.

Poiché i nanotubi sono lunghi e sottili, hanno elevate forze di van der Waals tra di loro e restano uniti. Il modo standard per separarli è utilizzare onde sonore ad alta potenza. Ma questo può danneggiare i nanotubi e influenzare le loro proprietà.

"Con i nostri inchiostri, utilizziamo un processo chiamato Salt Enhanced Electrostatic Repulsion (SEER) che non richiede la sonicazione ma che produce soluzioni di singoli nanotubi di carbonio mantenendo la lunghezza del nanotubo, " Dice il dottor Fogden. "Solo di recente si sono iniziati a produrre prodotti come i touch screen che contengono nanotubi di carbonio a parete singola e questi dispositivi devono ancora essere lanciati nel mercato dei consumatori. Solo quando il materiale grezzo dei nanotubi di carbonio potrà essere completamente lavorato in modo affidabile e ripetibile, sarà utilizzato nell'elettronica di consumo su larga scala".

Un altro interessante sviluppo recente nel campo dell'elettronica e dell'informatica proviene dalla società statunitense Nantero, che afferma che sta commercializzando dispositivi a semiconduttore basati su nanotubi di carbonio, compresa la memoria, logica e altri.

"Abbiamo sviluppato NRAM, una RAM non volatile ad alta densità e l'obiettivo è che funga da tecnologia di memoria universale, " afferma l'amministratore delegato Greg Schmergel. "La NRAM può essere prodotta sia per applicazioni di memoria standalone che embedded e campioni sono già stati spediti a clienti selezionati e sono in fase di sviluppo presso diversi stabilimenti di produzione cmos da Nantero e dai suoi licenziatari. Questi campioni sono array multimegabit che dimostrano un alto rendimento, alte velocità, affidabilità e bassi consumi."

Nantero afferma di essere la prima azienda a sviluppare attivamente prodotti a semiconduttore utilizzando nanotubi di carbonio adatti alla produzione in una fabbrica cmos standard.

"L'ostacolo principale in passato è stato il fatto che i nanotubi di carbonio non erano compatibili con le fabbriche di semiconduttori esistenti, " dice Schmergel. "A Nantero, we have solved that by developing a cmos compatible carbon nanotube material that can be accepted into any fab in the world and manufacturing processes compatible with existing semiconductor manufacturing equipment. So our memory and other carbon nanotube devices can be made in any cmos fab at high volumes.

Using existing processes means reliability and reproducibility is far higher." Nantero's microelectronic grade carbon nanotube material is now available commercially through licensee Brewer Science.

This could be a pointer to the longer term future, involving mainstream computing. At Stanford University recently, a team announced the first functioning computer built from carbon nanotubes. Despite featuring just 178 transistors and running at 1kHz, the computer is nevertheless 'Turing complete', meaning it can do anything today's machines can do, just much slower.

Ma, in a few years time, billions of carbon nanotubes may be on our desks and in our pockets.