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Trasformare i nanotubi di carbonio in fibre lunghe
Un nuovo metodo per assemblare i nanotubi di carbonio è stato utilizzato per creare fibre lunghe centinaia di metri. I singoli nanotubi di carbonio sono resistenti, leggeri ed elettricamente conduttivi e potrebbero essere preziosi come, tra le altre cose, cavi di trasmissione elettrica. Ma l'allineamento delle masse dei nanotubi in materiali ben ordinati come le fibre si è dimostrato difficile su una scala adatta alla produzione. Elaborando nanotubi di carbonio in una soluzione chiamata superacido, i ricercatori della Rice University hanno realizzato fibre lunghe che potrebbero essere utilizzate come fili leggeri ed efficienti per la rete elettrica o come base di materiali strutturali e tessuti conduttivi.
Fibra di nanotubi: Questa fibra, del diametro di circa 40 micrometri, è costituita da nanotubi di carbonio.
Altri hanno realizzato fibre di nanotubi di carbonio estraendo i tubi da serie solide simili a capelli o facendoli girare come lana mentre emergono da un reattore chimico. Il problema di partire da un solido, dice il professore di ingegneria chimica Rice Matteo Pasquali , è che l'allineamento non è spettacolare e questi metodi sono difficili da scalare. Più i singoli nanotubi sono allineati e ordinati in una struttura più grande, migliori sono le proprietà elettriche e meccaniche della struttura collettiva. Usando i metodi Rice, fibre di nanotubi ben allineate possono essere realizzate su larga scala, espulse da un ugello simile a un soffione.
il tardi vincitore del premio Nobel Richard Smalley ha avviato il progetto Rice nel 2001. Smalley sapeva che l'elaborazione in soluzione sarebbe stata un buon modo per assemblare fibre e film di nanotubi a causa della forma dei nanotubi. I nanotubi di carbonio sono molto più lunghi che larghi, quindi quando si trovano in una soluzione fluente, si allineano come tronchi che galleggiano lungo un fiume. Ma i nanotubi di carbonio non sono solubili nei solventi convenzionali. Il gruppo Rice ha posto le basi per la lavorazione liquida dei nanotubi cinque anni fa, quando hanno scoperto che l'acido solforico porta i nanotubi in soluzione rivestendo le loro superfici con ioni caricati positivamente.
Negli ultimi cinque anni, il gruppo Rice ha utilizzato la microscopia per studiare soluzioni di nanotubi realizzate in diversi acidi. Non c'è stato nessun esperimento veloce, dice Pasquali. Dovevamo essere molto deliberati. Ora capiamo come funziona l'elaborazione della soluzione, le manopole per controllare i nanotubi e come prevedere cosa faranno. Il miglior solvente per la lavorazione dei tubi, secondo il lavoro pubblicato questo mese sulla rivista Nanotecnologia della natura , è l'acido clorosolfonico. I nanotubi si dissolvono spontaneamente in questo acido a concentrazioni 1.000 volte maggiori rispetto a qualsiasi altro solvente.
Il gruppo Rice ha utilizzato metodi di lavorazione con acido per assemblare nanotubi di carbonio in fibre spesse 50 micrometri e lunghe centinaia di metri. Non ci sono limitazioni sulla lunghezza della fibra, dice Pasquali. Il gruppo Rice ha dimostrato il suo metodo di assemblaggio con nanotubi di carbonio a parete singola di alta qualità.
Finora, il gruppo ha realizzato fibre altamente conduttive ma non resistenti come altri materiali in carbonio. Pasquali afferma che la resistenza delle fibre potrebbe probabilmente essere migliorata di dieci volte utilizzando nanotubi di carbonio più lunghi. Ora stiamo lavorando a un progetto per realizzare linee di trasmissione elettrica, dice Pasquali. I nanotubi metallici conducono l'elettricità meglio del rame, sono più leggeri e si guastano meno spesso.
Rimane un ostacolo importante per la produzione su larga scala di nanotubi di carbonio: oggi non esistono metodi validi per realizzare i nanotubi stessi in lotti grandi e puri. Per realizzare linee di trasmissione di nanotubi, ad esempio, il gruppo Rice dovrebbe iniziare con un grande lotto di nanotubi contenenti solo nanotubi metallici e non semiconduttori. Il mese scorso, i chimici dell'Honda Research Institute hanno pubblicato un articolo in Scienza descrivere un metodo per produrre grandi quantità di nanotubi metallici che Pasquali dice sia promettente. Per le linee di trasmissione è necessario fare tonnellate, e ora non ci sono metodi per farlo, dice. Siamo a un miracolo di distanza.