Os nanotubos de carbono são extremamente leves, eletricamente altamente condutivo, e mais estável do que o aço. Devido às suas propriedades únicas, eles são ideais para inúmeras aplicações, incluindo baterias ultraleves, plásticos de alto desempenho e implantes médicos. Contudo, Até a presente data, tem sido difícil para a ciência e a indústria transferir as características extraordinárias em escala nanométrica para aplicações industriais funcionais. Os nanotubos de carbono também não podem ser combinados adequadamente com outros materiais, ou eles perdem suas propriedades benéficas uma vez combinados. Cientistas do grupo de trabalho de Nanomateriais Funcionais da Universidade de Kiel (CAU) e da Universidade de Trento desenvolveram agora um método alternativo, com o qual os minúsculos tubos podem ser combinados com outros materiais para que retenham suas propriedades características. Os resultados da pesquisa já foram publicados em Nature Communications .

"Embora os nanotubos de carbono sejam flexíveis como fios de fibra, eles também são muito sensíveis a mudanças, "explicou o professor Rainer Adelung, chefe do grupo de trabalho de Nanomateriais Funcionais do CAU. "Com tentativas anteriores de conectá-los quimicamente com outros materiais, sua estrutura molecular também mudou. Esse, Contudo, fez com que suas propriedades se deteriorassem - principalmente de forma drástica. "

Em contraste, a abordagem da equipe de pesquisa de Kiel e Trento é baseada em um processo simples de infiltração química úmida. Os CNTs são misturados com água e gotejados em um material cerâmico extremamente poroso feito de óxido de zinco, que absorve o líquido como uma esponja. Os CNTs semelhantes a fios pingados fixam-se ao andaime de cerâmica, e formam automaticamente uma camada estável. O andaime de cerâmica é revestido com nanotubos. Isso tem efeitos fascinantes, tanto para o andaime quanto para o revestimento de nanotubos.

Por um lado, a estabilidade do andaime de cerâmica aumenta tanto que pode suportar 100, 000 vezes o seu próprio peso. "Com o revestimento CNT, o material cerâmico pode conter cerca de 7,5 kg, e sem ele apenas 50g - como se tivéssemos equipado com um pulôver justo feito de nanotubos de carbono, que fornecem suporte mecânico, "disse o primeiro autor Fabian Schütt." A pressão sobre o material é absorvida pela resistência à tração do feltro CNT. As forças compressivas são transformadas em forças de tração. "

O princípio é comparável aos edifícios de bambu que são comuns na Ásia. Os caules de bambu são amarrados tão firmemente com uma corda simples que o material leve pode formar um andaime extremamente estável, e até edifícios inteiros. "Fazemos o mesmo em nanoescala com os fios CNT, que se enrolam em torno do material cerâmico - apenas muito, Muito pequeno, "disse Helge Krüger, co-autor da publicação.

Os cientistas de materiais foram capazes de demonstrar outra grande vantagem de seu processo. Em uma segunda etapa, eles dissolveram o andaime de cerâmica usando um processo de corrosão química. Tudo o que resta é uma bela rede 3-D de tubos, cada um dos quais consiste em uma camada de minúsculos tubos CNT. Desta maneira, os pesquisadores foram capazes de aumentar muito a superfície, e, assim, criar mais oportunidades para reações. "Basicamente, compactamos a superfície de um campo inteiro de vôlei de praia em um cubo de um centímetro, "explicou Schütt. Os enormes espaços vazios dentro da estrutura tridimensional podem ser preenchidos com um polímero. Como tal, Os CNTs podem ser conectados mecanicamente com plásticos, sem modificar sua estrutura molecular e, portanto, suas propriedades. "Podemos organizar especificamente os CNTs e fabricar um material compósito eletricamente condutor. Para isso, é necessário apenas uma fração da quantidade normal de CNTs, a fim de alcançar a mesma condutividade, "disse Schütt.

As aplicações incluem bateria e tecnologia de filtro como um material de enchimento para plásticos condutores, implantes para medicina regenerativa, e sensores e componentes eletrônicos em escala nanométrica. A alta condutividade elétrica do material resistente ao rasgo também pode ser interessante para aplicações eletrônicas flexíveis, em roupas funcionais ou no campo da tecnologia médica, por exemplo. "Criando um plástico que, por exemplo, estimula o crescimento das células ósseas ou cardíacas, "disse Adelung. Devido à sua simplicidade, os cientistas concordam que o processo também pode ser transferido para estruturas de rede feitas de outros nanomateriais - o que ampliará ainda mais a gama de aplicações possíveis.