I nanotubi di carbonio sono strutture cilindriche costituite da atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. Grazie alle loro proprietà uniche, tra cui elevata conduttività elettrica e termica, resistenza meccanica e stabilità chimica, i nanotubi hanno attirato un notevole interesse nella ricerca per varie potenziali applicazioni.
Tuttavia, la realizzazione di queste applicazioni si basa sul raggiungimento di un controllo preciso sulla struttura atomica dei nanotubi, in particolare sulle chiralità. La chiralità si riferisce al modo in cui gli atomi di carbonio si attorcigliano mentre si avvolgono per formare un tubo e influenza le proprietà elettroniche e ottiche del nanotubo. I ricercatori hanno precedentemente osservato più di 170 chiralità diverse, ma controllare la crescita di quelle specifiche è stata una sfida.
Per affrontare questa sfida, il team del Berkeley Lab ha sviluppato una tecnica di crescita chiamata “deposizione di vapore chimico in fluido supercritico con alimentazione continua della soluzione”. Questo metodo prevede l’introduzione continua di una soluzione precursore in un reattore di deposizione chimica in fase vapore (CVD) in condizioni supercritiche:temperatura e pressione elevate che fanno sì che la soluzione si comporti come un gas.
L'alimentazione continua del precursore garantisce un apporto costante di atomi di carbonio, mentre le condizioni supercritiche favoriscono la crescita uniforme dei nanotubi.
Utilizzando questa tecnica, i ricercatori hanno coltivato selettivamente nanotubi di carbonio a chiralità singola con diametri e lunghezze controllate. Hanno presentato il loro approccio facendo crescere nanotubi con cinque diverse chiralità, dimostrando la versatilità del loro metodo. La selettività della crescita è stata resa possibile mettendo a punto la composizione del precursore e le condizioni di crescita.
Secondo lo studio, la crescita selettiva dei nanotubi di carbonio apre nuove possibilità per studi fondamentali sulle relazioni struttura-proprietà e per ottimizzare le prestazioni dei nanotubi in applicazioni mirate. Ad esempio, chiralità specifiche sono promettenti per dispositivi elettronici, optoelettronica e transistor ad effetto di campo. I nanotubi di carbonio possono anche servire come base per nanocompositi con proprietà meccaniche ed elettriche personalizzate.
Padroneggiando la capacità di sintetizzare nanotubi con strutture atomiche specifiche, i ricercatori compiono un significativo passo avanti nello sbloccare il potenziale di queste meraviglie nanometriche per applicazioni tecnologiche avanzate.
