(Phys.org) - Uma esponja de nanotubo de carbono que pode absorver óleo na água com eficiência incomparável foi desenvolvida com a ajuda de simulações computacionais realizadas no Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia (DOE).

Nanotubos de carbono, que consistem em folhas de carbono com a espessura de um átomo enroladas em cilindros, chamaram a atenção científica nas últimas décadas por causa de sua alta resistência, potencial de alta condutividade e peso leve. Mas a produção de nanotubos em massa para aplicações especializadas costumava ser limitada por dificuldades no controle do processo de crescimento, bem como na dispersão e classificação dos nanotubos produzidos.

Bobby Sumpter do ORNL fazia parte de uma equipe de pesquisa multi-institucional que se propôs a cultivar grandes aglomerados de nanotubos substituindo seletivamente átomos de boro na rede de carbono puro. Sumpter e Vincent Meunier, agora do Rensselaer Polytechnic Institute, realizaram simulações em supercomputadores, incluindo Jaguar nas instalações de computação de liderança do ORNL, para entender como a adição de boro afetaria a estrutura do nanotubo de carbono.

"Sempre que você colocar um átomo diferente dentro da rede hexagonal de carbono, que é uma rede semelhante a um arame de galinha, você interrompe essa rede porque esses átomos não querem necessariamente fazer parte da estrutura de tela de galinheiro, "Sumpter disse." O boro tem um número diferente de elétrons de valência, o que resulta em mudanças de curvatura que desencadeiam um tipo diferente de crescimento. "

Simulações e experimentos de laboratório mostraram que a adição de átomos de boro encorajou a formação das chamadas junções de "cotovelo" que ajudam os nanotubos a se transformarem em uma rede 3-D. Os resultados da equipe são publicados na Nature Relatórios Científicos .

"Em vez de uma floresta de tubos retos, você cria um interconectado, tecido tipo esponja, "Sumpter disse." Porque está interligado, torna-se tridimensionalmente forte, em vez de apenas unidimensionalmente forte ao longo do eixo do tubo. "

Outras experiências mostraram o material da equipe, que é visível ao olho humano, é extremamente eficiente na absorção de óleo em água do mar contaminada porque atrai óleo e repele água.

"Ela adora carbono porque é principalmente carbono, "Sumpter disse." Dependendo da densidade do óleo em relação ao conteúdo de água e da densidade da rede de esponja, ele vai absorver até 100 vezes seu peso em óleo. "

A flexibilidade mecânica do material, Propriedades magneticas, e força emprestar apelo adicional como uma tecnologia potencial para ajudar na limpeza de derramamento de óleo, Sumpter diz.

"Você pode reutilizar o material repetidamente porque é muito robusto, "disse ele." Queimá-lo não diminui substancialmente sua capacidade de absorver óleo, e apertar como uma esponja também não o danifica. "

As propriedades magnéticas do material, causado pelo uso da equipe de um catalisador de ferro durante o processo de crescimento do nanotubo, significa que pode ser facilmente controlado ou removido com um ímã em um cenário de limpeza de óleo. Essa capacidade é uma melhoria em relação às substâncias existentes usadas na remoção de óleo, que geralmente são deixados para trás após a limpeza e podem degradar o meio ambiente.

A equipe experimental apresentou um pedido de patente sobre a tecnologia por meio da Rice University. A pesquisa é publicada como "Sólidos de nanotubos de carbono tridimensionais ligados covalentemente via nanojunções induzidas por boro, "e está disponível online.