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Nanotecnologia

Nanotubos de carbono crescem com tamanho recorde

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/11/2020

Nanotubos de carbono crescem com tamanho recorde
A floresta de nanotubos emerge da placa catalisadora como se fossem plantas crescendo em um vídeo acelerado.
[Imagem: 10.1016/j.carbon.2020.10.066]

Nanotubos práticos

Os nanotubos de carbono foram um dos primeiros frutos da nanotecnologia, surgindo com promessas de materiais ultrarresistentes, eventualmente viabilizando a construção de um tão sonhado elevador espacial, que dispense de vez os foguetes e sua fumaceira.

Mas, se são o que há de melhor em nanoescala, trazê-los para a escala humana - fabricar nanotubos compridos, que possam ser tecidos em cordas e cabos úteis - tem-se mostrado uma tarefa mais difícil do que se imaginava.

Foi por isso que Hisashi Sugime e seus colegas da Universidade Waseda, no Japão, "quase desmaiaram" ao ver nanotubos de carbono crescendo aos montes, formando verdadeiras florestas que pareciam surgir do nada dentro do seu tubo de vapor.

Na verdade eles não surgem do nada: A atmosfera do tubo é repleta com o carbono necessário para formar os nanotubos, enquanto a placa metálica da qual os nanotubos crescem como plantas em um vídeo acelerado representa a grande inovação criada pela equipe.

Nanotubos de carbono crescem com tamanho recorde
A técnica pode finalmente trazer os nanotubos de carbono para fora dos laboratórios.
[Imagem: Waseda University]

Floresta de nanotubos

Até agora, a técnica de deposição de vapor usada pela equipe já havia permitido a construção de florestas de nanotubos - agrupamentos das nanoestruturas, em contraposição a nanotubos individuais - de no máximo dois centímetros de altura porque o catalisador, que é essencial para o crescimento dos nanotubos, acaba ou é desativado conforme os nanotubos crescem.

"Na técnica convencional, os NTCs [nanotubos de carbono] param de crescer devido a uma mudança estrutural gradual no catalisador, então nos concentramos no desenvolvimento de uma nova técnica que suprimisse essa mudança estrutural e permitisse que os NTCs cresçam por um período mais longo," disse Sugime.

Ele adicionou uma camada de gadolínio (Gd) ao catalisador de óxido de alumínio e ferro convencional (Fe/Al2Ox) e colocou tudo sobre um substrato de silício (Si). Essa camada de Gd evitou a deterioração do catalisador até certo ponto, permitindo que a floresta crescesse até cerca de 5 cm de comprimento.

Não satisfeito, Sugime colocou o catalisador em uma câmara de deposição química de vapor, juntamente com pequenas concentrações (partes por milhão) de vapores de Fe e Al. O resultado foi que os nanotubos cresceram continuamente durante 26 horas, atingindo cerca de 14 cm de comprimento.

Isso não apenas supera os obstáculos para a aplicação industrial generalizada dos nanotubos de carbono, mas também abre portas para outras pesquisas em nanociências. "Este método simples, mas novo, que prolonga drasticamente a vida útil do catalisador, fornecendo fontes de vapor de nível ppm, é útil para a engenharia de catalisadores em outros campos, como a petroquímica e o crescimento de cristais de nanomateriais," disse Sugime. "O conhecimento gerado aqui pode ser fundamental para tornar os nanomateriais uma realidade onipresente."

Bibliografia:

Artigo: Ultra-long carbon nanotube forest via in situ supplements of iron and aluminum vapor sources
Autores: Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda
Revista: Carbon
DOI: 10.1016/j.carbon.2020.10.066





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