A síntese de nanotubos de carbono (CNTs) por deposição química de vapor (CVD) envolve a utilização de um catalisador e de um gás contendo carbono a altas temperaturas para depositar camadas de carbono e formar nanotubos. Este método é altamente escalável, económico e permite o controlo estrutural dos CNTs. O processo inclui normalmente as seguintes etapas: preparação do catalisador, introdução de gás, tratamento térmico e crescimento dos CNT.
Preparação do catalisador: O catalisador, frequentemente um metal como o ferro, o cobalto ou o níquel, é depositado num substrato. A escolha do catalisador e a sua dispersão são cruciais para o crescimento e alinhamento dos CNTs. As partículas do catalisador actuam como locais de nucleação para o crescimento dos CNTs.
Introdução de gás: Um gás contendo carbono, como o metano, o etileno ou o monóxido de carbono, é introduzido na câmara de reação. Estes gases fornecem a fonte de carbono necessária para a síntese de CNT. A taxa de fluxo e a composição do gás podem influenciar a qualidade e o rendimento dos CNTs.
Tratamento térmico: A câmara de reação é aquecida a uma temperatura elevada, normalmente entre 500°C e 1200°C, dependendo do catalisador e do gás utilizado. Esta temperatura elevada é necessária para a decomposição do gás que contém carbono e para a formação de átomos de carbono que se unirão para formar os CNTs.
Crescimento dos CNT: Os átomos de carbono difundem-se para as partículas do catalisador e começam a crescer em nanotubos. O mecanismo de crescimento pode ser o crescimento da ponta ou o crescimento da base, dependendo das condições e do catalisador utilizado. O crescimento na ponta ocorre quando o nanotubo cresce a partir da parte superior da partícula de catalisador, enquanto o crescimento na base ocorre quando o crescimento começa a partir da parte inferior da partícula.
O processo de CVD pode ser modificado com várias técnicas, como a CVD com plasma, a CVD foto-assistida e a CVD assistida por laser, para aumentar a taxa de crescimento e controlar as propriedades dos CNT. Além disso, a utilização de matérias-primas ecológicas ou de resíduos, como a pirólise do metano ou a eletrólise do dióxido de carbono, está a ser explorada para reduzir o impacto ambiental da síntese de CNT.
Globalmente, o método CVD é uma abordagem versátil e escalável para produzir CNT com um elevado grau de controlo sobre a sua estrutura e propriedades. No entanto, é necessária mais investigação para compreender os pormenores mecanicistas do processo e otimizar os parâmetros de funcionamento para reduzir o consumo de energia, os requisitos de material e o impacto ambiental.
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