Il trattamento con forno a microonde e cloro rimuove i residui ostinati del catalizzatore di ferro dai nanotubi di carbonio, secondo i ricercatori della Rice University e della Swansea University. Il processo in due fasi può renderli più adatti per applicazioni sensibili. Credito:Virginia Goméz Jiménez/Swansea University
In mezzo a tutte le fantasiose apparecchiature che si trovano in un tipico laboratorio di nanomateriali, uno dei più utili potrebbe rivelarsi l'umile forno a microonde.
Un forno a microonde da cucina standard si è dimostrato efficace come parte di un processo in due fasi inventato nelle università di Rice e Swansea per pulire i nanotubi di carbonio.
I nanotubi di base sono utili per molte cose, come la formatura in componenti microelettronici o fibre e compositi elettricamente conduttivi; per usi più sensibili come la somministrazione di farmaci e i pannelli solari, devono essere il più incontaminati possibile.
I nanotubi si formano da catalizzatori metallici in presenza di gas riscaldato, ma i residui di quei catalizzatori (di solito ferro) a volte rimangono attaccati sopra e all'interno dei tubi. I residui del catalizzatore possono essere difficili da rimuovere con mezzi fisici o chimici perché lo stesso gas carico di carbonio utilizzato per realizzare i tubi consente agli atomi di carbonio di formare strati incapsulanti attorno al ferro rimanente, riducendo la capacità di rimuoverlo durante la purificazione.
Nel nuovo processo, il trattamento dei tubi all'aria aperta in un microonde brucia il carbonio amorfo. I nanotubi possono poi essere trattati con cloro ad alta temperatura per eliminare quasi tutte le particelle estranee.
Nanotubi multiparete prima del trattamento con un processo della Rice University/Swansea University per rimuovere i residui di catalizzatore dalle loro superfici e dall'interno. Il processo inizia con il riscaldamento dei nanotubi in un normale forno a microonde da cucina. Credito:Virginia Goméz Jiménez/Swansea University
Il processo è stato rivelato oggi sulla rivista della Royal Society of Chemistry I progressi di RSC .
I laboratori dei chimici Robert Hauge, Andrew Barron e Charles Dunnill hanno condotto lo studio. Barron è professore alla Rice a Houston e alla Swansea University nel Regno Unito. Rice's Hauge è un pioniere nelle tecniche di crescita dei nanotubi. Dunnill è un docente senior presso l'Energy Safety Research Institute di Swansea.
Esistono molti modi per purificare i nanotubi, ma a un costo, disse Barrone. "Il metodo del cloro sviluppato da Hauge ha il vantaggio di non danneggiare i nanotubi, a differenza di altri metodi, " ha detto. "Purtroppo, molte delle particelle residue di catalizzatore sono circondate da uno strato di carbonio che impedisce al cloro di reagire, e questo è un problema per la produzione di nanotubi di carbonio di elevata purezza".
Un nanotubo di carbonio a parete multipla pulito con un processo sviluppato alla Rice University e alla Swansea University mostra che i residui di catalizzatore di ferro sono stati rimossi dalla superficie, mentre la maggior parte delle particelle è stata rimossa dall'interno delle pareti del nanotubo. Si prevede che il processo renderà i nanotubi più adatti ad applicazioni come la somministrazione di farmaci e i pannelli solari. Credito:Virginia Goméz Jiménez/Swansea University
I ricercatori hanno raccolto immagini al microscopio e dati di spettroscopia su lotti di nanotubi a parete singola e multiparete prima e dopo averli scaldati nel microonde in un 1, forno da 000 watt, e di nuovo dopo averli immersi in un bagno ossidante di gas di cloro ad alta temperatura e pressione. Hanno scoperto che una volta che le particelle di ferro sono state esposte al microonde, era molto più facile farli reagire con il cloro. Il cloruro di ferro volatile risultante è stato quindi rimosso.
L'eliminazione delle particelle di ferro alloggiate all'interno di grandi nanotubi multiparete si è rivelata più difficile, ma le immagini al microscopio elettronico a trasmissione hanno mostrato i loro numeri, soprattutto nei tubi a parete singola, essere notevolmente diminuito.
"Vorremmo togliere tutto il ferro, ma per molte applicazioni, il residuo all'interno di questi tubi è meno problematico che se fosse in superficie, Barron ha detto. "La presenza di catalizzatore residuo sulla superficie dei nanotubi di carbonio può limitare il loro utilizzo in applicazioni biologiche o mediche".
I coautori dello studio sono Virginia Gomez, assistente di ricerca post-dottorato a Swansea; Silvia Irusta, professore all'Università di Saragozza, Spagna; e Wade Adams, un professore di scienze dei materiali e nanoingegneria alla Rice.
Hauge è un illustre membro della facoltà di chimica, scienza dei materiali e nanoingegneria alla Rice. Barron è il professore di chimica Charles W. Duncan Jr.-Welch e professore di scienza dei materiali e nanoingegneria alla Rice e la cattedra Sêr Cymru di Low Carbon Energy and Environment a Swansea.
