p Para tornar contínuo, fibras de nanotubos de carbono fortes e condutoras, é melhor começar com nanotubos longos, de acordo com cientistas da Rice University. p O laboratório Rice do químico e engenheiro químico Matteo Pasquali, que demonstrou seu método pioneiro para girar nanotubos de carbono em fibras em 2013, avançou na arte de fazer materiais baseados em nanotubos com dois novos papéis no American Chemical Society's Materiais e interfaces aplicados ACS .

p O primeiro artigo caracterizou 19 lotes de nanotubos produzidos por tantos fabricantes para determinar quais características de nanotubos produzem as fibras mais condutoras e mais fortes para uso em grande escala aeroespacial, eletrônicos de consumo e aplicações têxteis.

p Os pesquisadores determinaram que a proporção dos nanotubos - comprimento versus largura - é um fator crítico, assim como a pureza geral do lote. Eles encontraram os diâmetros dos tubos, o número de paredes e a qualidade cristalina não são tão importantes para as propriedades do produto.

p Pasquali disse que embora a proporção dos nanotubos seja conhecida por ter uma influência nas propriedades da fibra, este é o primeiro trabalho sistemático a estabelecer a relação entre uma ampla gama de amostras de nanotubos. Os pesquisadores descobriram que nanotubos mais longos podem ser processados, assim como os mais curtos, e que a resistência mecânica e a condutividade elétrica aumentaram em sincronia.

p As melhores fibras tinham uma resistência à tração média de 2,4 gigapascais (GPa) e condutividade elétrica de 8,5 megasiemens por metro, cerca de 15 por cento da condutividade do cobre. O aumento do comprimento do nanotubo durante a síntese fornecerá um caminho para melhorias adicionais de propriedade, Pasquali disse.

p O segundo artigo focou na purificação de fibras produzidas pelo método de catalisador flutuante para uso em filmes e aerogéis. Este processo é rápido, eficiente e econômico em média escala e pode render a fiação direta de fibras de nanotubos de alta qualidade; Contudo, deixa para trás impurezas, incluindo partículas de catalisador metálico e pedaços de carbono remanescente, permite menos controle da estrutura da fibra e limita as oportunidades de aumento de escala, Pasquali disse.

p "É aí que convergem esses dois papéis, "disse ele." Existem basicamente duas maneiras de fazer fibras de nanotubos. Em um, você faz os nanotubos e depois os transforma em fibras, que é o que desenvolvemos na Rice. No outro, desenvolvido na Universidade de Cambridge, você faz nanotubos em um reator e ajusta o reator de modo que, no fim, você pode puxar os nanotubos diretamente como fibras.

p "Está claro que as fibras de fiação direta incluem nanotubos mais longos, portanto, há interesse em incluir os tubos nessas fibras como fonte de material para nosso método de fiação, "Pasquali disse." Este trabalho é o primeiro passo em direção a esse objetivo. "

p O processo do reator desenvolvido há uma década pelo cientista de materiais Alan Windle da Universidade de Cambridge produz os longos nanotubos e fibras necessárias em uma única etapa, mas as fibras devem ser purificadas, Pasquali disse. Pesquisadores da Rice e da National University of Singapore (NUS) desenvolveram um método oxidativo simples para limpar as fibras e torná-las utilizáveis ​​em uma ampla gama de aplicações.

p Os laboratórios purificaram amostras de fibra em um forno, primeiro queimando as impurezas de carbono no ar a 500 graus Celsius (932 graus Fahrenheit) e depois imergindo-as em ácido clorídrico para dissolver as impurezas do catalisador de ferro.

p As impurezas nas fibras resultantes foram reduzidas a 5 por cento do material, o que os tornava solúveis em ácidos. Os pesquisadores então usaram a solução de nanotubos para torná-los condutivos, filmes finos transparentes.

p "Há um grande potencial para que essas técnicas díspares sejam combinadas para produzir fibras superiores e a tecnologia escalonada para uso industrial, "disse o co-autor Hai Minh Duong, professor assistente de engenharia mecânica da NUS. "O método do catalisador flutuante pode produzir vários tipos de nanotubos com bom controle de morfologia com bastante rapidez. Os filamentos de nanotubos podem ser coletados diretamente do aerogel formado no reator. Esses filamentos de nanotubos podem ser purificados e torcidos em fibras usando a técnica de umedecimento desenvolvida por o grupo Pasquali. "

p Pasquali observou que a colaboração entre Rice e Cingapura representa uma convergência de outro tipo. "Esta pode muito bem ser a primeira vez que alguém da linha de fiação de fibra de Cambridge (Duong era um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Windle) e a linha de fiação de fibra de arroz convergiram, "disse ele." Estamos trabalhando juntos para experimentar materiais feitos no processo de Cambridge e adaptá-los ao processo de Rice. "