Los nanotubos de carbono (CNT) se sintetizan mediante diversos métodos, siendo la deposición química de vapor (CVD) el más común para la producción comercial.
La CVD utiliza catalizadores y gases de hidrocarburos para hacer crecer los CNT en un sustrato.
Otros métodos son la ablación por láser, la descarga por arco y la deposición química en fase vapor mejorada por plasma (PECVD), que permite la síntesis a baja temperatura.
Los métodos emergentes exploran el uso de materias primas ecológicas o residuales, como el dióxido de carbono capturado por electrólisis en sales fundidas o la pirólisis de metano, para producir CNT minimizando el impacto medioambiental.
Métodos de síntesis:
1. Deposición química en fase vapor (CVD)
El CVD se utiliza ampliamente en la industria debido a su escalabilidad y capacidad para producir CNT de alta calidad.
En la CVD, un sustrato recubierto con partículas catalizadoras se expone a un gas hidrocarburo a altas temperaturas.
El gas se descompone en la superficie del catalizador y los átomos de carbono se depositan para formar CNT.
El proceso puede optimizarse ajustando parámetros como la temperatura, el caudal de gas y el tipo de catalizador.
2. Deposición química en fase vapor mejorada por plasma (PECVD)
El PECVD utiliza plasma para mejorar la reacción química a temperaturas más bajas, lo que lo hace adecuado para depositar CNT en sustratos sensibles a la temperatura, como el vidrio.
Este método es prometedor para aplicaciones que requieren un procesamiento a baja temperatura, como la integración electrónica.
3. Ablación por láser y descarga por arco
Se trata de métodos anteriores utilizados para la síntesis de CNT.
La ablación por láser utiliza un láser de alta potencia para vaporizar un objetivo de grafito.
La descarga de arco implica la generación de un arco eléctrico entre dos electrodos de grafito.
Ambos métodos producen CNT, pero son menos controlables y escalables en comparación con el CVD.
4. Métodos emergentes que utilizan materias primas ecológicas o de desecho
Incluyen procesos como la electrólisis de dióxido de carbono en sales fundidas y la pirólisis de metano.
Estos métodos pretenden convertir gases residuales en CNT valiosos, reduciendo potencialmente el impacto medioambiental y proporcionando una fuente sostenible de carbono.
Métodos de purificación:
La purificación de los CNT es crucial, ya que el proceso de síntesis suele dar lugar a mezclas de CNT con estructuras y tamaños diferentes, así como a impurezas como carbono amorfo y partículas metálicas de catalizador.
1. Oxidación
Se utilizan agentes oxidantes fuertes, como el ácido nítrico, para quemar selectivamente las impurezas y dejar intactos los CNT.
Este método también puede funcionalizar los CNT, mejorando su solubilidad y reactividad.
2. Técnicas de separación
Como la centrifugación, la cromatografía y la electroforesis, que pueden separar los CNT en función de sus propiedades físicas y químicas.
3. Métodos mecánicos
Como la sonicación y la filtración, que pueden separar físicamente los CNT de las impurezas.
Estos métodos de síntesis y purificación evolucionan continuamente para mejorar la calidad y la sostenibilidad de la producción de CNT, haciéndolos más viables para una amplia gama de aplicaciones.
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