Nanotubi

fullerene

I nanotubi, scoperti nel 1991 dal giapponese Sumio Iijima, rappresentano una promessa scientifica con molteplici campi di utilizzo che vanno: dal cannone elettronico per gli schermi al plasma ad alta definizione; alle nanomolle per macchine elettriche a dimensione nanometrica; alle celle per il contenimento dell’idrogeno; etc.

Fino al 1985 le uniche due forme note di carbonio cristallino erano il diamante e la graffite. Ma dopo la scoperta di Richard E. Smalley, che le valse il premio nobel, a queste due si aggiunse una forma di arragiamento reticolare detta fullerene. Il nome piuttosto curioso dei fullereni deriva dal cognome dell’ingenere americano Buckminster Fuller, che ideo delle particolari strutture archittettoniche di forma sferica, la più famosa delle quali è la Biosphère Montréal in Canada. Si intuisce allora che la disposizione spaziale degli atomi del carbonio nei fullereni, ricorda moltissimo le “gabbie” sferiche di Fuller.

I fullereni sono dunque delle gabbie approssimativamente sferiche formate da una serie di strutture esagonali e pentagonali di atomi di carbonio. La quantità di poligoni e le loro proporzioni determinano le dimensioni e la forma del fullerene.
Questa forma del carbonio viene sintetizzata con un sistema di vaporizzazione del carbonio ad alta temperatura, ma tracce di fullereni sono state trovate anche in alcune miniere di carbone in Cina.
Partendeo dalle strutture descritte qualche riga più sopra si sono realizzati i cosiddetti nanotubi, che si distinguono in nanotubi a parete singola (SWNT) e a parete multipla (MWNT).
I primi sono stati creati per la prima volta nel 1993 per mezzo di un arco elettroico formato con elettrodi composti da una miscela di carbone-cobalto. Gli SWNT sono descrivibili come dei tubi di carbonio formato da uno strato di grafite arrotolato su se stesso a cilindro, chiuso alle estremità da due calotte emisferiche. Il corpo della struttura è formato da soli esagoni, mentre le calotte di chiusura sono, come i fullereni normali, formate da esagoni e pentagoni. I diametri sono comunemente dell’ordine dei 2nm. L’elevatissimo rapporto tra lunghezza e diametro consente di consideralri come delle nanostrutture monodimensionali.
I secondi sono nanotubi formati da più SWNT concentrici, possono essere comunque presenti legami tra le varie pareti. Le dimensioni, di norma, sono superiori di quelle dei nanotubi a parete singola, e cresce all’aumentare del numero di pareti e può arrivare anche a qualche decina di nanometri.

La prima caratteristica che rende queste strutture interessanti, è la resistenza meccanica. Questa, in generale, dipende da numerosi fattori:forza dei legami tra atomi; assenza di difetti; disposizione reticolare degli atomi costituenti.

Per portare a rottura un nanotubo privo di difetti si dovrebbero spezzare i legami covalenti, i più forti esistenti in natura, che compongono il reticolo cristallino. Quindi la resistenza meccanica di questi “oggetti” dovrebbe essere elevatissima.E? stato calcolato che la resistenza a trazione dovrebbe aggirarsi sui 220 GPa, cento volte più grande di quella dell’acciaio, con un peso inferiore di almeno sei volte.
La seconda caratteristica di interesse industriale è costiuita dalle pareti multiple degli MWNT, che consentirebbe la fabbricazione di nanomacchine. In particolare a Berkeley, un gruppo di scienziati è riuscito a utilizzare un nanotubo a parete multipla come se fosse un tubo telescopico, facendo entrare e uscire le parti interne più volte. Quindi un nanotubo di questo tipo potrebbe essere usato per la costruzione di nanomolle o nanoammortizzatori per macchine di dimensioni nanometriche.

Altra proprietà dei nanotubi è la loro capacità di vibrare se sottoposti a campi elettrici oscillanti a precise frequenze di risonanza, oltretutto tale frequenza dipende dalla morfologia e dal diamtro del nanotubo. Questa caratteristica potrebbe essere usata per la creazione di nanobilance o nanoattuatori elettromeccanici.
Gia ora vengono utilizzate industrialmente le proprietà di conduzione, simile a quelle della grafite, per la creazione di schermi al plasma ad alta definizione. In questo caso i nanotubi vengono utilizzati come cannoni elettronici.

Infine va citata la proprietà di cappilarità, dovuta alla forma tubolare dei nanotubi, e l’alta capacità di adsorbimento dei gas, dovuta al grande rapporto superfice/volume di questi oggetti. A tal proposito si stanno attualmente studiando celle a nanotubi, capaci di contenere l’idrogeno per utilizzi automobilistici, che dovrebbero abbattere gli alti costi che attualmente sono necessari per il suo contenimento.

4 Comments

  1. Luca Giuliodori lucagiuliodori 10 ottobre 2011
  2. Dreamworker 10 ottobre 2011
  3. telegiangi61 10 ottobre 2011
  4. Luca Giuliodori lucagiuliodori 14 ottobre 2011

Leave a Reply