Os nanotubos de carbono (CNTs) podem ser sintetizados utilizando o método de descarga por arco. Isto envolve um processo de alta temperatura onde o carbono é vaporizado e depois recondensa-se para formar nanotubos.
4 etapas principais do método de descarga em arco para sintetizar nanotubos de carbono
1. Configuração e condições
A configuração da descarga por arco consiste normalmente em dois eléctrodos de grafite colocados um em frente do outro numa câmara cheia de um gás inerte, como o hélio ou o árgon.
A câmara é evacuada a uma pressão baixa para garantir a pureza do ambiente de reação.
É utilizada uma fonte de alimentação de corrente contínua (CC) para gerar um arco entre os eléctrodos.
O cátodo é geralmente uma barra de grafite de elevada pureza, enquanto o ânodo é uma barra especialmente preparada contendo metais catalisadores como o ferro, o níquel ou o cobalto para facilitar o crescimento dos CNT.
2. Formação do arco e vaporização
Quando o arco é atingido, gera temperaturas superiores a 4000 K na ponta do ânodo.
Este calor extremo vaporiza o carbono do ânodo, criando um plasma de átomos e iões de carbono.
A presença de metais catalisadores no ânodo ajuda a nucleação do crescimento dos CNTs a partir do carbono vaporizado.
3. Condensação e crescimento de CNTs
À medida que o plasma de carbono arrefece, condensa-se em várias formas de carbono, incluindo os CNT.
As partículas catalisadoras desempenham um papel crucial na determinação da estrutura e do alinhamento dos CNTs.
Os CNTs crescem a partir destas partículas catalisadoras, alinhando-se ao longo do eixo do arco.
O crescimento é influenciado pela temperatura, pressão e presença de catalisadores.
4. Recolha e caraterização
Após o processo, a câmara é arrefecida e os CNTs são recolhidos das paredes da câmara e do depósito catódico.
Os CNT sintetizados são então caracterizados utilizando várias técnicas como a microscopia eletrónica de varrimento (SEM), a microscopia eletrónica de transmissão (TEM) e a espetroscopia Raman para determinar a sua estrutura, pureza e qualidade.
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