Nanotubi di carbonio: come il metano agisce sulla crescita

I nanotubi di carbonio – lunghi cilindri di soli atomi di carbonio del diametro di pochi miliardesimi di metro – promettono da alcuni anni di rivoluzionare diversi campi tecnologici, dall’elettronica all’ottica. Le loro caratteristiche elettriche e meccaniche, per quanto eccezionali, dipendono però in modo critico dalla loro struttura, esito finale di un processo di “crescita” sul quale i ricercatori hanno avuto, almeno finora, uno scarso controllo.

Il gruppo di ingegneri chimici e scienziati dei materiali dell’Università del Minnesota guidati da Eray Aydil hanno ora analizzato in dettaglio tale crescita studiando in particolare l’effetto della presenza di gas idrogeno.

“I nanotubi di carbonio crescono a partire da una particella di metallo che funge da catalizzatore che è immersa in un gas, per esempio metano”, spiega Aydil, che firma in proposito un articolo sulla rivista Journal of Applied Physics, organo dell’American Institute of Physics. “Talvolta viene anche aggiunto idrogeno gassoso, ed è stato dimostrato che esso induce la crescita di nanotubi con pareti molto regolari e prive di difetti; tuttavia troppo idrogeno porta alla formazione di spesse fibre invece dei nanotubi, o impedisce qualunque crescita.”

Per comprendere perché, Aydil e colleghi hanno utilizzato una tecnica di microscopia a trasmissione e altre metodiche per ottenere immagini e caratterizzare gli effetti dell’aumento della concentrazione di idrogeno.

Si è così verificato che il ferro contenuto nei catalizzatori reagisce con il carbonio del metano per dare origine a carburo di ferro, un materiale duro che non può essere facilmente deformato: i nanotubi di carbonio con tali catalizzatori tendono ad avere ottime pareti rettilinee”, ha aggiunto Aydil.

Aggiungendo ulteriore idrogeno, la miscela causa la produzione di ferro a partire dal carburo di ferro, che è più duttile e malleabile”, ha concluso Aydil. “Così si deforma in forme che danno poi origine a più strutture fibrose, fino a impedire la formazione dei nanotubi”.