Nanotubi di carbonio. Applicazioni dei nanotubi di carbonio

Voi nanotubi di carbonio, NTC (CNT, dall'inglese nanotubo di carbonio), sono cilindri o tubi cavi formati da allotropi di carbonio con proporzioni nanometriche (1 nanometro equivale a una miliardesima parte di metro (10^-9 m)). Per darti un'idea, è come un foglio di carta arrotolato, ma è composto da atomi di carbonio ed è spesso solo un atomo. Sono 100.000 volte più sottili di una ciocca di capelli e invisibili anche ai microscopi ottici.

Quella una nuova classe di materiali è stata scoperta nel 1991 da Sumio Iijima. Da allora è stato oggetto di studi da parte di scienziati, in quanto ha rappresentato una grande rivoluzione grazie al le sue proprietà (che verranno menzionate in seguito) che superano quelle di qualsiasi materiale finora conosciuto.

I nanotubi di carbonio possono essere prodotti da uno solo di questi cilindri, essendo classificati come nanotubi a parete singola. Ma ci sono anche i nanotubi a parete multipla, che sono formati da più cilindri che sono avvolti concentricamente, cioè con un centro comune, come la seguente rappresentazione:

Rappresentazione di nanotubi multi-parete

Il fatto di essere a parete singola o multiparete è uno dei fattori che determinano le proprietà dei nanotubi di carbonio. Nel caso dei singoli nanotubi, un fattore che determina se sarà un conduttore o un semiconduttore è l'angolo dell'avvolgimento e il raggio del nanotubo. Altre proprietà dipendono anche dal diametro e dal numero di strati concentrici. Ma tutti i nanotubi sono duri e resistenti.

Queste gamme di proprietà sono importanti perché rendono i nanotubi utilizzabili in una vasta gamma di applicazioni. Per esempio, se il nanotubo di carbonio è conduttivo, può trasmettere elettricità fino a 1000 volte in modo più efficiente rispetto al filo di rame. I semiconduttori, invece, possono essere utilizzati in circuiti elettronici raffinati grazie alle loro dimensioni molto ridotte, e possono essere utilizzati nei nanoprocessori per sostituire patatine fritte di silicio attuale.

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Se possono essere aggiunti a polimeri sintetici (plastiche), formando strutture chiamate nanocompositi, i nanotubi possono indurirli o renderli conduttori di elettricità.

Anche i nanotubi hanno proprietà meccaniche straordinarie, in quanto sono abbastanza resistenti alla rottura sotto tensione, essendo 100 volte più resistenti dell'acciaio e avendo solo 1/6 della sua densità. Pertanto, possono essere utilizzati anche nell'edilizia civile e persino nella costruzione della fusoliera di aerei, automobili, razzi e navette spaziali per la NASA. Se aggiunti ai tessuti, i nanotubi potrebbero renderli indistruttibili, essendo più efficienti del polimero Kevlar utilizzato nei giubbotti antiproiettile.

Un'altra importante proprietà dei nanotubi di carbonio è la straordinaria conduzione termica, possono essere utilizzati nei processi di conservazione e trasmissione dell'energia, come l'energia solare, essendo molto più efficienti delle celle fotovotaiche che vengono utilizzate oggi.

I nanotubi hanno anche un enorme potenziale per uso in medicina. Poiché sono estremamente piccoli e leggeri, possono raggiungere l'interno di una cellula per essere utilizzati come sensori per diagnosi e trattamenti medici. Tuttavia, un fattore che ostacola questa applicazione dei nanotubi è che uccidono le cellule con cui entrano in contatto. Per evitare ciò, alcuni scienziati propongono di rivestire i nanotubi con un polimero sintetico in grado di imitare una sostanza della superficie cellulare, la mucina.

Queste sono solo alcune delle infinite applicazioni che possono avere i nanotubi di carbonio, ma resta da vedere cosa dirà la ricerca in questo settore delle nanotecnologie.

di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica

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FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Nanotubi di carbonio"; Brasile Scuola. Disponibile in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/nanotubos-carbono.htm. Consultato il 27 luglio 2021.