Los nanotubos de carbono (CNT) pueden sintetizarse por varios métodos, siendo la deposición química de vapor (CVD) el más utilizado para la producción comercial. Este método implica el uso de 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 potenciada 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:
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Deposición química en fase vapor (CVD): Este método se utiliza ampliamente en la industria debido a su escalabilidad y capacidad para producir CNT de alta calidad. En el CVD, un sustrato recubierto de 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.
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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.
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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, mientras que 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 que el CVD.
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Métodos emergentes que utilizan materias primas ecológicas o residuales: Incluyen procesos como la electrólisis de dióxido de carbono en sales fundidas y la pirólisis de metano. El objetivo de estos métodos es 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. Los métodos de purificación más comunes son
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Oxidación: Utilización de 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.
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Técnicas de separación: Incluidas la centrifugación, la cromatografía y la electroforesis, que pueden separar los CNT en función de sus propiedades físicas y químicas.
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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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