El principal método químico para sintetizar nanotubos de carbono (CNT) es la deposición química en fase vapor (CVD). Este método consiste en la descomposición de gases de hidrocarburos en un catalizador metálico a altas temperaturas, lo que da lugar a la formación de nanotubos de carbono. El CVD es el método preferido por su escalabilidad y control de la estructura de los nanotubos, lo que lo convierte en el proceso comercial dominante.
Explicación detallada:
-
Proceso de deposición química en fase vapor (CVD):
-
En el proceso CVD, un gas precursor, normalmente un hidrocarburo como el metano o el etileno, se hace pasar por un catalizador metálico (a menudo hierro, cobalto o níquel) a altas temperaturas, normalmente entre 600 °C y 1.200 °C. Las partículas metálicas del catalizador actúan como catalizadores y se convierten en nanotubos. Las partículas metálicas del catalizador actúan como núcleos en los que los átomos de carbono del gas se descomponen y vuelven a unirse para formar la estructura tubular de los nanotubos. El crecimiento de los nanotubos se produce en dirección perpendicular a la superficie del catalizador.Preparación del catalizador y del sustrato:
-
El catalizador suele depositarse sobre un sustrato, que puede ser una oblea de silicio o una placa de cerámica. Las partículas de catalizador deben tener el tamaño adecuado (normalmente 1-100 nm) para facilitar el crecimiento de los nanotubos. La preparación de la capa de catalizador es crucial, ya que afecta a la densidad, la alineación y la calidad de los nanotubos.
-
Parámetros del proceso:
-
El éxito de la síntesis de CNT mediante CVD depende de varios parámetros, como la temperatura, el caudal de gas, la presión y la elección del catalizador. Por ejemplo, las temperaturas más altas suelen acelerar el crecimiento, pero también pueden provocar defectos en los nanotubos. El caudal de gas influye en la concentración de átomos de carbono disponibles para el crecimiento, y la presión puede afectar a la difusión de estos átomos a la superficie del catalizador.Técnicas y materias primas emergentes:
Los últimos avances en CVD incluyen el uso de monóxido de carbono como materia prima en métodos CVD catalíticos modificados. Además, existe un interés creciente por el uso de materias primas verdes o residuales, como el dióxido de carbono capturado por electrólisis en sales fundidas o la pirólisis de metano. El objetivo de estos métodos es producir CNT al tiempo que se gestionan los residuos medioambientales y se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero.
