Os nanotubos de carbono (CNTs) são sintetizados através de vários métodos, sendo a deposição química de vapor (CVD) o mais comum.
A CVD permite o crescimento controlado de nanoestruturas a alta velocidade, tornando-a ideal para aplicações industriais.
O processo envolve altas temperaturas e precursores químicos específicos para facilitar a formação de CNTs.
Embora inicialmente tenham sido utilizados métodos tradicionais como a ablação por laser e a descarga por arco, a CVD tornou-se o processo comercial dominante devido à sua escalabilidade e versatilidade.
Como é que os nanotubos de carbono são sintetizados? Explicação de 4 métodos principais
1. Deposição química de vapor (CVD)
O CVD é um método amplamente utilizado para sintetizar nanotubos de carbono.
Esta técnica envolve a decomposição de gases de hidrocarbonetos a altas temperaturas, normalmente acima de 600°C.
Os catalisadores metálicos, como o ferro, o cobalto ou o níquel, são utilizados para facilitar o crescimento dos CNT.
Os catalisadores metálicos são frequentemente depositados num substrato sob a forma de nanopartículas.
À medida que o gás hidrocarboneto flui sobre o catalisador, este decompõe-se e os átomos de carbono depositam-se nas partículas do catalisador, fazendo crescer os nanotubos para o exterior.
2. Parâmetros do processo
O sucesso da síntese de CNT por CVD depende muito de vários parâmetros.
Estes incluem a temperatura, a pressão, as taxas de fluxo de gás e o tipo e concentração do catalisador.
Estes parâmetros devem ser cuidadosamente controlados para garantir a produção de CNTs de alta qualidade.
Por exemplo, a temperatura deve ser suficientemente elevada para decompor o gás hidrocarboneto, mas não tão elevada que danifique o catalisador ou o substrato.
3. CVD catalítico e matérias-primas
Foram desenvolvidos métodos de CVD catalítica modificados para melhorar a eficiência e a sustentabilidade da produção de CNT.
Uma dessas modificações envolve a utilização de monóxido de carbono como matéria-prima, o que pode aumentar a taxa de crescimento e a qualidade dos CNT.
Além disso, há um interesse crescente na utilização de matérias-primas verdes ou residuais, como o dióxido de carbono capturado por eletrólise em sais fundidos ou a pirólise do metano, para produzir CNT.
Estes métodos têm por objetivo reduzir o impacto ambiental e utilizar eficazmente os resíduos.
4. Desafios e direcções futuras
Apesar das vantagens da CVD, subsistem desafios, nomeadamente no controlo da temperatura e na manutenção da qualidade dos CNT.
O desenvolvimento de mecanismos de controlo mais precisos e a otimização dos sistemas de catalisadores são áreas de investigação em curso.
Além disso, a utilização de resíduos ou subprodutos de metano como matéria-prima está a ser explorada por empresas como a CarbonMeta Technologies e a Huntsman, o que poderá conduzir a métodos de produção de CNT mais sustentáveis e económicos.
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