I nanotubi di carbonio sono di grande interesse sia nella ricerca scientifica che nelle applicazioni commerciali grazie alle proprietà uniche del materiale. Una nuova tesi all'Università di Karlstad esamina come la struttura atomica influenzi le diverse proprietà del materiale.

"Al momento, ci sono troppo pochi standard di misurazione e nessun sistema di classificazione adeguato per i nanotubi di carbonio", afferma Mattias Flygare, dottore in fisica recentemente qualificato che ha appena pubblicato la sua tesi. Ho studiato l'effetto della cristallinità su diverse proprietà, come la rigidità alla flessione e la conducibilità elettrica dei tubi.

È noto che se i tubi avessero una struttura atomica perfetta, queste proprietà sarebbero eccezionali; tuttavia, questo è raramente il caso nella realtà. Invece, i ricercatori osservano che le pareti dei tubi sono costituite da un mosaico di vari grandi "grani" con una struttura atomica ben ordinata. La dimensione di questi grani di cristallite, insieme ad altri difetti, conferisce al materiale proprietà diverse.

I nanotubi di carbonio sono tubi cavi molto sottili e leggeri costituiti da atomi di carbonio, con pareti spesse solo un atomo. La parete del tubo è come un foglio di grafite arrotolato in un cilindro, con motivi esagonali che formano il foglio. Grazie alle loro proprietà meccaniche, elettriche e termiche uniche, i nanotubi di carbonio offrono un grande potenziale per la ricerca scientifica e applicazioni industriali e commerciali, ad esempio nell'industria dei materiali compositi, ma l'area di utilizzo è più ampia.

Grani di modelli perfetti

"Ho studiato la misura in cui le diverse irregolarità nella struttura atomica influiscono sulle proprietà del materiale", afferma Mattias Flygare. Per studiare la struttura atomica, ho usato il nostro microscopio elettronico a trasmissione qui all'Università di Karlstad. Il microscopio utilizza un raggio di elettroni al posto della luce visibile per analizzare il materiale, che permette di guardare i tubi a livello di nanometri, cioè un miliardesimo di metro, che è incredibilmente piccolo.I miei studi dimostrano, ad esempio, che la dipendenza delle proprietà sull'ordine e la periodicità degli atomi all'interno delle pareti del tubo non è sempre del tutto lineare, e ci sono punti critici dove le proprietà possono essere migliorate drasticamente semplicemente aumentando un po' la cristallinità.Questo è un risultato molto interessante che mostra la necessità di più ricerca e sviluppo di metodi di caratterizzazione per nanotubi di carbonio, in modo che il giusto tipo di tubo possa essere utilizzato per il giusto scopo, e per sviluppare ulteriormente il metodi di produzione dei tubi."

Microscopio elettronico a trasmissione

Usando questa tecnica, puoi aggirare i limiti di risoluzione della luce visibile, che è di circa un micrometro, e fino a circa 100 picometri, cioè 0,1 nanometri, che è abbastanza alto per risolvere i singoli atomi. All'interno del microscopio dell'università, è anche possibile manipolare i nanotubi di carbonio con una sonda costruita su misura che può essere controllata a livello nanometrico.

"Il nostro microscopio elettronico si trova nella casa 21, ma è completamente isolato dalle vibrazioni del resto della casa", afferma Mattias Flygare. "Se il microscopio entrasse in contatto con la casa, basterebbe una sola persona che cammina lungo il corridoio fuori dalla stanza perché le vibrazioni rendano l'immagine sfocata e inutilizzabile."

Ambiti di applicazione dei nanotubi di carbonio

Oggi esistono applicazioni per i nanotubi di carbonio in molti prodotti diversi e i ricercatori continuano a esplorare nuovi modi creativi di utilizzare il materiale. I nanotubi di carbonio si trovano in vari materiali compositi, ad esempio in attrezzature sportive come racchette da tennis e biciclette, grazie alla sua capacità di migliorare la forza e allo stesso tempo di ridurre il peso. Grazie alla sua conduttività elettrica, è utile anche in tutti i tipi di elettronica e ci sono usi ancora più esotici all'orizzonte. + Esplora ulteriormente

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