Scienziati giapponesi hanno proposto un modo per garantire una maggiore durata del catalizzatore e un tasso di crescita più elevato, creando una foresta CNT che è un record sette volte più lungo di qualsiasi array CNT esistente. Credito:Waseda University
Oggi, una moltitudine di industrie, compresa l'ottica, elettronica, purificazione dell'acqua, e consegna di farmaci, innovare su una scala senza precedenti con rotoli di larghezza nanometrica di fogli di grafite a forma di nido d'ape chiamati nanotubi di carbonio (CNT). Caratteristiche come leggerezza, struttura conveniente, immensa forza meccanica, conducibilità termica ed elettrica superiori, e la stabilità mettono i CNT una tacca sopra altre alternative materiali. Però, per soddisfare la loro crescente domanda industriale, la loro produzione deve essere costantemente ampliata, e qui sta la sfida principale nell'uso dei CNT.
Mentre gli scienziati sono stati in grado di far crescere singoli CNT di circa 50 cm di lunghezza, quando tentano gli array, o foreste, colpiscono un soffitto a circa 2 cm. Questo perché il catalizzatore, che è la chiave per la crescita dei CNT, si disattiva e/o si esaurisce prima che i CNT in una foresta possano crescere ulteriormente, aumentando i costi monetari e delle materie prime della produzione di CNT e minacciando di limitarne l'uso industriale.
Ora, una strategia per rompere il tetto è stata ideata da un team di scienziati giapponesi. Nel loro studio pubblicato in Carbonio , il team presenta un nuovo approccio a una tecnica convenzionale che produce foreste CNT di lunghezza record:~14 cm, sette volte maggiore del massimo precedente. Hisashi Sugime, Professore assistente presso Waseda University, che guidava la squadra, spiega, "Nella tecnica convenzionale, i CNT smettono di crescere a causa di un graduale cambiamento strutturale nel catalizzatore, quindi ci siamo concentrati sullo sviluppo di una nuova tecnica che sopprime questo cambiamento strutturale e consente ai CNT di crescere per un periodo più lungo".
Per cominciare, il team ha creato un catalizzatore basato sui risultati di uno studio precedente. Hanno aggiunto uno strato di gadolinio (Gd) al convenzionale ossido di ferro-alluminio (Fe/Al 2 oh X ) catalizzatore rivestito su un substrato di silicio (Si). Questo strato di Gd ha impedito in una certa misura il deterioramento del catalizzatore, permettendo alla foresta di crescere fino a circa 5 cm di lunghezza.
Per prevenire ulteriormente il deterioramento del catalizzatore, il team ha posizionato il catalizzatore nella loro camera originale chiamata camera di deposizione di vapore chimico a gas freddo (CVD). Là, lo hanno riscaldato a 750°C e gli hanno fornito piccole concentrazioni (parti per milione) di vapori di Fe e Al a temperatura ambiente.
Ciò ha mantenuto il catalizzatore in funzione per 26 ore, in quel momento una fitta foresta di CNT potrebbe crescere fino a 14 cm. Varie analisi per caratterizzare i CNT cresciuti hanno mostrato che erano di elevata purezza e forza competitiva.
Questo risultato non solo supera gli ostacoli alla diffusa applicazione industriale dei CNT, ma apre le porte alla ricerca sulle nanoscienze. "Questo metodo semplice ma innovativo che prolunga drasticamente la durata del catalizzatore fornendo fonti di vapore a livello di ppm è utile per l'ingegneria dei catalizzatori in altri campi come la petrolchimica e la crescita dei cristalli di nanomateriali, " Dice Sugime. "La conoscenza qui contenuta potrebbe essere fondamentale per rendere i nanomateriali una realtà onnipresente".
