Os nanotubos de carbono (CNT) são sintetizados através de vários métodos, sendo a deposição química de vapor (CVD) o mais comum para a produção comercial.
A CVD envolve a utilização de catalisadores e gases de hidrocarbonetos para fazer crescer os CNT num substrato.
Outros métodos incluem a ablação por laser, a descarga por arco e a deposição de vapor químico com recurso a plasma (PECVD), que permite uma síntese a temperaturas mais baixas.
Os métodos emergentes exploram a utilização de matérias-primas verdes ou de resíduos, como o dióxido de carbono capturado por eletrólise em sais fundidos ou a pirólise de metano, para produzir CNTs minimizando o impacto ambiental.
Métodos de síntese:
1. Deposição química de vapor (CVD)
A CVD é amplamente utilizada na indústria devido à sua escalabilidade e capacidade de produzir CNTs de alta qualidade.
Na CVD, um substrato revestido com partículas de catalisador é exposto a um gás hidrocarboneto a altas temperaturas.
O gás decompõe-se na superfície do catalisador, e os átomos de carbono são depositados para formar CNTs.
O processo pode ser optimizado através do ajuste de parâmetros como a temperatura, o caudal de gás e o tipo de catalisador.
2. Deposição de vapor químico enriquecida com plasma (PECVD)
A PECVD utiliza plasma para melhorar a reação química a temperaturas mais baixas, o que a torna adequada para depositar CNT em substratos sensíveis à temperatura, como o vidro.
Este método é promissor para aplicações que requerem um processamento a baixa temperatura, como a integração eletrónica.
3. Ablação por laser e descarga por arco
Estes são os métodos mais antigos utilizados para a síntese de CNT.
A ablação por laser utiliza um laser de alta potência para vaporizar um alvo de grafite.
A descarga por arco envolve a geração de um arco elétrico entre dois eléctrodos de grafite.
Ambos os métodos produzem CNT, mas são menos controláveis e escaláveis do que a CVD.
4. Métodos emergentes que utilizam matérias-primas verdes ou resíduos
Estes incluem processos como a eletrólise do dióxido de carbono em sais fundidos e a pirólise do metano.
Estes métodos têm por objetivo converter gases residuais em valiosos CNT, reduzindo potencialmente o impacto ambiental e proporcionando uma fonte sustentável de carbono.
Métodos de purificação:
A purificação dos CNT é crucial, uma vez que o processo de síntese resulta frequentemente em misturas de CNT com diferentes estruturas e tamanhos, bem como em impurezas como o carbono amorfo e as partículas metálicas do catalisador.
1. Oxidação
Utilização de agentes oxidantes fortes, como o ácido nítrico, para queimar seletivamente as impurezas, deixando os CNTs intactos.
Este método também pode funcionalizar os CNTs, melhorando a sua solubilidade e reatividade.
2. Técnicas de separação
Incluindo a centrifugação, a cromatografia e a eletroforese, que podem separar os CNT com base nas suas propriedades físicas e químicas.
3. Métodos mecânicos
Como a sonicação e a filtração, que podem separar fisicamente os CNT das impurezas.
Estes métodos de síntese e purificação estão a evoluir continuamente para melhorar a qualidade e a sustentabilidade da produção de CNT, tornando-os mais viáveis para uma vasta gama de aplicações.
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