I nanotubi di carbonio sono estremamente leggeri, elettricamente altamente conduttivo, e più stabile dell'acciaio. Grazie alle loro proprietà uniche, sono ideali per numerose applicazioni, comprese le batterie ultraleggere, plastica ad alte prestazioni e impianti medici. Però, ad oggi, è stato difficile per la scienza e l'industria trasferire le straordinarie caratteristiche su scala nanometrica in applicazioni industriali funzionali. I nanotubi di carbonio non possono essere combinati adeguatamente con altri materiali, oppure perdono le loro proprietà benefiche una volta combinate. Gli scienziati del gruppo di lavoro sui nanomateriali funzionali dell'Università di Kiel (CAU) e dell'Università di Trento hanno ora sviluppato un metodo alternativo, con cui i tubicini possono essere combinati con altri materiali in modo che mantengano le loro proprietà caratteristiche. I risultati della ricerca sono stati ora pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

"Sebbene i nanotubi di carbonio siano flessibili come i fili di fibre, sono anche molto sensibili ai cambiamenti, " ha spiegato il professor Rainer Adelung, capo del gruppo di lavoro Functional Nanomaterials presso il CAU. "Con precedenti tentativi di collegarli chimicamente con altri materiali, anche la loro struttura molecolare è cambiata. Questo, però, fatto deteriorare le loro proprietà, per lo più drasticamente."

In contrasto, l'approccio del gruppo di ricerca di Kiel e Trento si basa su un semplice processo di infiltrazione chimica a umido. I CNT vengono miscelati con acqua e fatti gocciolare in un materiale ceramico estremamente poroso costituito da ossido di zinco, che assorbe il liquido come una spugna. I CNT filiformi gocciolati si attaccano all'impalcatura in ceramica, e formano automaticamente uno strato stabile insieme. Il ponteggio in ceramica è rivestito con nanotubi. Questo ha effetti affascinanti, sia per l'impalcatura che per il rivestimento di nanotubi.

Da una parte, la stabilità dell'impalcatura in ceramica aumenta così massicciamente che può sopportare 100, 000 volte il proprio peso. "Con il rivestimento CNT, il materiale ceramico può contenere circa 7,5 kg, e senza di esso solo 50 g, come se lo avessimo dotato di un pullover attillato fatto di nanotubi di carbonio, che forniscono supporto meccanico, " ha detto il primo autore Fabian Schütt. "La pressione sul materiale è assorbita dalla resistenza alla trazione del feltro CNT. Le forze di compressione si trasformano in forze di trazione".

Il principio è paragonabile agli edifici in bambù diffusi in Asia. Gli steli di bambù sono legati così strettamente con una semplice corda che il materiale leggero può formare un'impalcatura estremamente stabile, e persino interi edifici. "Facciamo lo stesso su scala nanometrica con i fili CNT, che si avvolgono intorno al materiale ceramico, solo molto, più piccolo, " disse Helge Kruger, coautore della pubblicazione.

Gli scienziati dei materiali sono stati in grado di dimostrare un altro importante vantaggio del loro processo. In un secondo passaggio, hanno dissolto l'impalcatura in ceramica utilizzando un processo di attacco chimico. Tutto ciò che rimane è una bella rete 3D di tubi, ognuno dei quali è costituito da uno strato di minuscoli tubi CNT. In questo modo, i ricercatori sono stati in grado di aumentare notevolmente la superficie, e quindi creare maggiori opportunità di reazioni. "Fondamentalmente racchiudiamo la superficie di un intero campo da beach volley in un cubo di un centimetro, " ha spiegato Schütt. Gli enormi spazi vuoti all'interno della struttura tridimensionale possono quindi essere riempiti con un polimero. Come tale, I CNT possono essere collegati meccanicamente con la plastica, senza modificare la loro struttura molecolare e quindi le loro proprietà. "Possiamo disporre in modo specifico i CNT e produrre un materiale composito elettricamente conduttivo. Per farlo è necessaria solo una frazione della normale quantità di CNT, per ottenere la stessa conduttività, ", ha detto Schutt.

Le applicazioni includono la tecnologia delle batterie e dei filtri come materiale di riempimento per plastiche conduttive, impianti per la medicina rigenerativa, e sensori e componenti elettronici su nanoscala. L'elevata conducibilità elettrica del materiale antistrappo potrebbe essere interessante anche per applicazioni di elettronica flessibile, in abbigliamento funzionale o nel campo della tecnologia medica, Per esempio. "Creare una plastica che, Per esempio, stimola la crescita delle cellule ossee o cardiache, " disse Adelung. Per la sua semplicità, gli scienziati concordano sul fatto che il processo potrebbe anche essere trasferito a strutture di rete realizzate con altri nanomateriali, il che amplierà ulteriormente la gamma di possibili applicazioni.