Campioni dei film sottili di nanotubi di carbonio colorati, come prodotto nel reattore di fabbricazione. Credito:Università Aalto
Un metodo sviluppato alla Aalto University, Finlandia, può produrre grandi quantità di nanotubi di carbonio a parete singola incontaminati in determinate tonalità dell'arcobaleno. Il segreto è un processo di fabbricazione messo a punto e una piccola dose di anidride carbonica. I film potrebbero trovare applicazioni nelle tecnologie touch screen o come agenti di rivestimento per nuovi tipi di celle solari.
Nanotubi di carbonio a parete singola, o fogli di strati di grafene dello spessore di un atomo arrotolati in diverse dimensioni e forme, hanno trovato molti usi nell'elettronica e nei nuovi dispositivi touch screen. Dalla natura, i nanotubi di carbonio sono tipicamente neri o grigio scuro.
Nel loro nuovo studio pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana ( JACS ), I ricercatori della Aalto University presentano un modo per controllare la fabbricazione di film sottili di nanotubi di carbonio in modo che mostrino una varietà di colori diversi, ad esempio, verde, Marrone, o un grigio argenteo.
I ricercatori ritengono che questa sia la prima volta che i nanotubi di carbonio colorati vengono prodotti per sintesi diretta. Usando la loro invenzione, il colore viene indotto immediatamente nel processo di fabbricazione, non impiegando una serie di tecniche di purificazione sul prodotto finito, tubi sintetizzati.
Con sintesi diretta, è possibile produrre grandi quantità di campioni puliti evitando al contempo danni al prodotto nel processo di purificazione, il che lo rende l'approccio più attraente per le applicazioni.
"In teoria, questi film sottili colorati possono essere utilizzati per realizzare touch screen con molti colori diversi, o celle solari che mostrano tipi completamente nuovi di proprietà ottiche, "dice Esko Kauppinen, Professore all'Università Aalto.
Fare in modo che le strutture in carbonio mostrino i colori è di per sé un'impresa. Le tecniche sottostanti necessarie per consentire la colorazione implicano anche un controllo finemente dettagliato della struttura delle strutture dei nanotubi. Kauppinen e il metodo unico del suo team, che utilizza aerosol di metallo e carbonio, consente loro di manipolare e controllare attentamente la struttura dei nanotubi direttamente dal processo di fabbricazione.
Il professor Esko Kauppinen con il reattore di fabbricazione. Credito:Università Aalto
"La crescita dei nanotubi di carbonio è, in un modo, come piantare alberi:abbiamo bisogno di semi, feed, e solare termico. Per noi, nanoparticelle aerosol di ferro funzionano come catalizzatore o seme, monossido di carbonio come fonte di carbonio, quindi nutriti, e un reattore fornisce calore a una temperatura superiore a 850 gradi Celsius, "dice il dottor Hua Jiang, Scienziato senior presso la Aalto University.
Il gruppo del professor Kauppinen ha una lunga storia di utilizzo di queste stesse risorse nel loro singolare metodo di produzione. Da aggiungere al loro repertorio, hanno recentemente sperimentato la somministrazione di piccole dosi di anidride carbonica nel processo di fabbricazione.
"L'anidride carbonica agisce come una sorta di materiale da innesto che possiamo usare per regolare la crescita dei nanotubi di carbonio di vari colori, " spiega Jiang.
Con una tecnica avanzata di diffrazione elettronica, i ricercatori sono stati in grado di scoprire la precisa struttura su scala atomica dei loro film sottili. Hanno scoperto che hanno distribuzioni di chiralità molto strette, il che significa che l'orientamento del reticolo a nido d'ape delle pareti dei tubi è quasi uniforme in tutto il campione. La chiralità detta più o meno le proprietà elettriche che i nanotubi di carbonio possono avere, così come il loro colore.
Il metodo sviluppato presso l'Università di Aalto promette un modo semplice e altamente scalabile per fabbricare film sottili di nanotubi di carbonio con rese elevate.
"Di solito devi scegliere tra la produzione di massa o avere un buon controllo sulla struttura dei nanotubi di carbonio. Con la nostra svolta, possiamo fare entrambe le cose, " si fida del dottor Qiang Zhang, un ricercatore post-dottorato nel gruppo.
Il lavoro di follow-up è già in corso.
"Vogliamo comprendere la scienza di come l'aggiunta di anidride carbonica sintonizza la struttura dei nanotubi e crea i colori. Il nostro obiettivo è ottenere il pieno controllo del processo di crescita in modo che i nanotubi di carbonio a parete singola possano essere utilizzati come elementi costitutivi per il prossima generazione di dispositivi nanoelettronici, "dice il professor Kauppinen.
