p (PhysOrg.com) - Cientistas da Rice University revelaram hoje um método para o processamento em escala industrial de fibras puras de nanotubos de carbono que podem levar a avanços revolucionários na ciência dos materiais, distribuição de energia e nanoeletrônica. O resultado de um programa de nove anos, o método se baseia em processos testados e comprovados que as empresas químicas têm usado por décadas para produzir plásticos. A pesquisa está disponível online na revista. Nature Nanotechnology . p "Plásticos é uma indústria de US $ 300 bilhões nos Estados Unidos por causa da grande produtividade que é possível com o processamento de fluidos, "disse Matteo Pasquali da Rice, um artigo co-autor e professor em engenharia química e biomolecular e em química. "O motivo pelo qual os supermercados usam sacolas plásticas em vez de papel e o motivo pelo qual as camisas de poliéster são mais baratas do que o algodão é que os polímeros podem ser derretidos ou dissolvidos e processados ​​como fluidos pela carga do vagão. O processamento de nanotubos como fluidos abre todo o fluido- tecnologia de processamento desenvolvida para polímeros. "

p O relatório foi co-escrito por uma equipe de 18 membros de cientistas do Instituto Richard E. Smalley de Ciência e Tecnologia em nanoescala de Rice, a Universidade da Pensilvânia e o Instituto de Tecnologia Technion-Israel. Os co-autores incluem o homônimo do Smalley Institute, Rick Smalley, o falecido químico Nobel que desenvolveu o primeiro método de alto rendimento para a produção de nanotubos de carbono de alta qualidade, assim como Virginia Davis, um ex-aluno de doutorado de Pasquali e Smalley que agora é professor na Auburn University, e Micah Green, um ex-pesquisador de pós-doutorado de Pasquali que agora é professor na Texas Tech University.

p O novo processo se baseia na descoberta de Rice em 2003 de uma maneira de dissolver grandes quantidades de nanotubos puros em solventes ácidos fortes, como o ácido sulfúrico. A equipe de pesquisa posteriormente descobriu que os nanotubos nessas soluções se alinhavam, como espaguete em um pacote, para formar cristais líquidos que poderiam ser transformados em fibras monofilamentares do tamanho de um fio de cabelo humano.

p "Essa pesquisa estabeleceu um processo industrialmente relevante para nanotubos que era análogo aos métodos usados ​​para criar Kevlar a partir de polímeros semelhantes a bastonetes, exceto para o ácido não ser um solvente verdadeiro, "disse Wade Adams, diretor do Smalley Institute e co-autor do novo artigo. "A pesquisa atual mostra que temos um verdadeiro solvente para nanotubos - ácido clorossulfônico - que é o que decidimos encontrar quando iniciamos este projeto, nove anos atrás."

p Após a descoberta de 2003 com solventes ácidos, a equipe estudou metodicamente como os nanotubos se comportavam em diferentes tipos e concentrações de ácidos. Ao comparar e contrastar o comportamento dos nanotubos em ácidos com a literatura sobre polímeros e coloides em forma de bastão, a equipe desenvolveu as ferramentas teóricas e práticas de que as empresas químicas precisarão para processar nanotubos em massa.

p "Ishi Talmon e seus colegas da Technion fizeram o trabalho crítico necessário para ajudar a obter uma prova direta de que os nanotubos estavam se dissolvendo espontaneamente em ácido clorossulfônico, "Pasquali disse." Para fazer isso, eles tiveram que desenvolver novas técnicas experimentais para imagens diretas de soluções de ácido congeladas rapidamente vitrificadas. "

p Talmon disse, "Este foi um estudo muito difícil. A equipe de Matteo não só teve que ser pioneira em novas técnicas experimentais para conseguir isso, eles também tiveram que fazer extensões significativas às teorias clássicas que eram usadas para descrever soluções de bastonetes. A equipe do Technion teve que desenvolver uma nova metodologia para nos permitir produzir imagens de alta resolução dos nanotubos dispersos em ácido clorossulfônico, um fluido muito corrosivo, por microscopia eletrônica de última geração em temperaturas criogênicas. "

p Co-autor Nicholas Parra-Vasquez, um estudante de pós-graduação da Rice aconselhado por Pasquali que agora está trabalhando na França, disse, "Ao olhar para o projeto quando comecei, Eu não tinha ideia de onde isso iria parar e quanto trabalho precisava ser feito. O projeto envolveu muitos alunos e professores, bem como colaborações com outras escolas. Por causa disso, foi um processo lento, mas que não deixou nenhuma avenida desmarcada. Olhando agora, Não consigo acreditar como ficou grande - quanto esforço foi colocado em cada ponto encontrado. "

p Poucos avanços tecnológicos foram tão promovidos quanto os nanotubos de carbono. Desde sua descoberta em 1991, os nanotubos têm sido apresentados como tudo, desde uma cura para o câncer até uma solução para a crise energética mundial. O exagero é ainda mais notável visto que os nanotubos são notoriamente difíceis de trabalhar e que os químicos em todo o mundo lutaram durante anos até mesmo para produzi-los.

p Então, por que tanto exagero? Simplificando, os nanotubos de carbono são notáveis. Embora tenham aproximadamente o mesmo tamanho e formato de algumas moléculas de polímero em forma de bastão, nanotubos podem conduzir eletricidade, bem como cobre, e eles podem ser metais ou semicondutores. Eles podem ser marcados com anticorpos para diagnosticar doenças ou aquecidos com ondas de rádio para destruir o câncer. Eles têm sido usados ​​para fazer transistores muito menores do que os dos melhores microchips de hoje. Os nanotubos também pesam cerca de um sexto do aço, mas podem ser até 100 vezes mais fortes.

p "Kevlar, a fibra de polímero usada em coletes à prova de balas, é cerca de cinco a 10 vezes mais forte do que nossas fibras de nanotubo mais fortes hoje, mas, em princípio, devemos ser capazes de tornar nossas fibras cerca de 100 vezes mais fortes, "Pasquali disse." Se pudermos realizar até 20 por cento do nosso potencial, teremos um ótimo material, talvez o mais forte já conhecido.

p “A condutividade elétrica já é muito boa, "disse ele." É quase a mesma das fibras de carbono-carbono mais condutoras, e isso poderia ser melhorado 200 vezes se melhores métodos de produção de nanotubos metálicos pudessem ser encontrados. "

p A nova pesquisa aparece no momento em que o Instituto Smalley se prepara para a celebração do 10º aniversário, em 5 de novembro, da criação do reator "HiPco" da Smalley, o primeiro sistema capaz de produzir nanotubos de alta qualidade em massa. HiPco, abreviação de processo de monóxido de carbono de alta pressão, rompeu o impasse na produção de nanotubos e abriu caminho para mais estudos científicos e para a indústria começar a usá-los em alguns materiais. Reatores de nanotubos industriais hoje geram várias toneladas de nanotubos de carbono de baixa qualidade por ano, e o mercado mundial de nanotubos deve chegar a US $ 2 bilhões anuais na próxima década.

p Mas uma descoberta final permanece antes que o verdadeiro potencial dos nanotubos de carbono de alta qualidade possa ser realizado. Isso porque HiPco e todos os outros métodos de fabricação de alta qualidade, Nanotubos de "parede única" geram uma mistura de nanotubos com diâmetros diferentes, comprimentos e estruturas moleculares. Cientistas de todo o mundo estão lutando para encontrar um processo que irá gerar apenas um tipo de nanotubo a granel, como as variedades metálicas de melhor condução, por exemplo.

p "Uma coisa boa sobre o processo que temos agora é que se alguém pudesse nos dar um grama de nanotubos metálicos puros, poderíamos dar a eles um grama de fibra em alguns dias, "Pasquali disse.

p Fonte:Rice University (notícias:web)