p Bicarbonato de sódio, sal de mesa, e detergentes são ingredientes surpreendentemente eficazes para cozinhar nanotubos de carbono, pesquisadores do MIT descobriram. p Em um estudo publicado esta semana na revista Angewandte Chemie , a equipe relata que compostos contendo sódio encontrados em ingredientes domésticos comuns são capazes de catalisar o crescimento de nanotubos de carbono, ou CNTs, em temperaturas muito mais baixas do que os catalisadores tradicionais exigem.

p Os pesquisadores dizem que o sódio pode possibilitar que os nanotubos de carbono sejam cultivados em uma série de materiais de baixa temperatura, como polímeros, que normalmente derrete sob as altas temperaturas necessárias para o crescimento tradicional do CNT.

p “Em compósitos aeroespaciais, há muitos polímeros que mantêm as fibras de carbono juntas, e agora podemos ser capazes de cultivar CNTs diretamente em materiais poliméricos, para tornar mais forte, mais difícil, compósitos mais rígidos, "diz Richard Li, o autor principal do estudo e um estudante de pós-graduação no Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT. "Usar o sódio como catalisador realmente desbloqueia os tipos de superfícies nas quais os nanotubos podem ser cultivados."

p Os co-autores do MIT de Li são pós-doutorandos Erica Antunes, Estelle Kalfon-Cohen, Luiz Acauan, e Kehang Cui; ex-alunos Akira Kudo Ph.D. '16, Andrew Liotta '16, e Ananth Govind Rajan SM '16, Ph.D. '19; professor de engenharia química Michael Strano, e professor de aeronáutica e astronáutica Brian Wardle, junto com colaboradores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e da Universidade de Harvard.

p Descascar cebolas

p Sob um microscópio, nanotubos de carbono se assemelham a cilindros ocos de tela de arame. Cada tubo é feito de uma rede enrolada de átomos de carbono dispostos hexagonalmente. A ligação entre os átomos de carbono é extraordinariamente forte, e quando padronizado em uma rede, como o grafeno, ou como um tubo, como um CNT, tais estruturas podem ter rigidez e resistência excepcionais, bem como propriedades elétricas e químicas únicas. Como tal, pesquisadores exploraram o revestimento de várias superfícies com CNTs para produzir mais resistentes, mais duro, materiais mais resistentes.

p Os pesquisadores normalmente cultivam CNTs em vários materiais por meio de um processo chamado deposição química de vapor. Um material de interesse, como fibras de carbono, é revestido com um catalisador - geralmente um composto à base de ferro - e colocado em um forno, através do qual fluem dióxido de carbono e outros gases contendo carbono. Em temperaturas de até 800 graus Celsius, o ferro começa a extrair átomos de carbono do gás, que se aglutinam nos átomos de ferro e uns aos outros, eventualmente formando tubos verticais de átomos de carbono em torno de fibras de carbono individuais. Os pesquisadores então usam várias técnicas para dissolver o catalisador, deixando para trás nanotubos de carbono puro.

p Li e seus colegas estavam experimentando maneiras de cultivar CNTs em várias superfícies, revestindo-os com diferentes soluções de compostos contendo ferro, quando a equipe percebeu que os nanotubos de carbono resultantes pareciam diferentes do que eles esperavam.

p "Os tubos pareciam um pouco engraçados, e Rich e a equipe descascaram cuidadosamente a cebola, por assim dizer, e resulta uma pequena quantidade de sódio, que suspeitamos ser inativo, estava realmente causando todo o crescimento, "Wardle diz.

p Ajustando botões de sódio

p Em geral, o ferro tem sido o catalisador tradicional para o cultivo de CNTs. Wardle diz que esta é a primeira vez que os pesquisadores viram o sódio ter um efeito semelhante.

p "O sódio e outros metais alcalinos não foram explorados para a catálise do CNT, "Wardle diz." Este trabalho nos levou a uma parte diferente da tabela periódica. "

p Para ter certeza de que sua observação inicial não foi apenas um acaso, a equipe testou uma variedade de compostos contendo sódio. Eles inicialmente experimentaram com sódio de qualidade comercial, na forma de bicarbonato de sódio, sal de mesa, e pelotas de detergente, que eles obtiveram na loja de conveniência do campus. Eventualmente, Contudo, eles atualizaram para versões purificadas desses compostos, que eles dissolveram em água. Em seguida, eles imergiram uma fibra de carbono na solução de cada composto, revestir toda a superfície com sódio. Finalmente, eles colocaram o material em um forno e realizaram as etapas típicas envolvidas no processo de deposição de vapor químico para cultivar CNTs.

p Em geral, eles descobriram isso, enquanto os catalisadores de ferro formam nanotubos de carbono a cerca de 800 graus Celsius, os catalisadores de sódio foram capazes de formar curtos, florestas densas de CNTs em temperaturas muito mais baixas, de cerca de 480 C. Além do mais, após as superfícies passarem cerca de 15 a 30 minutos no forno, o sódio simplesmente evaporou, deixando para trás nanotubos de carbono ocos.

p "Uma grande parte da pesquisa de CNT não é no cultivo deles, mas ao limpá-los - obtendo os diferentes metais usados ​​para cultivá-los fora do produto, "Wardle diz." A coisa legal com o sódio é, podemos apenas aquecê-lo e nos livrar dele, e obter CNT puro como produto, o que você não pode fazer com catalisadores tradicionais. "

p Li diz que o trabalho futuro pode se concentrar na melhoria da qualidade dos CNTs que são cultivados com catalisadores de sódio. Os pesquisadores observaram que, embora o sódio fosse capaz de gerar florestas de nanotubos de carbono, as paredes dos tubos não estavam perfeitamente alinhadas em padrões perfeitamente hexagonais - configurações semelhantes a cristais que conferem aos CNTs sua força característica. Li planeja "ajustar vários botões" no processo CVD, mudando o tempo, temperatura, e as condições ambientais, para melhorar a qualidade dos CNTs cultivados com sódio.

p "Existem tantas variáveis ​​com as quais você ainda pode brincar, e o sódio ainda pode competir muito bem com os catalisadores tradicionais, "Li diz." Antecipamos com o sódio, é possível obter tubos de alta qualidade no futuro. E temos muita confiança de que, mesmo se você fosse usar bicarbonato de sódio Arm and Hammer regular, deve funcionar. "

p Para Shigeo Maruyama, professor de engenharia mecânica da Universidade de Tóquio, a capacidade de preparar CNTs a partir de um ingrediente comum como o sódio deve revelar novos insights sobre a maneira como os materiais excepcionalmente fortes crescem.

p "É uma surpresa que possamos cultivar nanotubos de carbono a partir do sal de cozinha!" diz Maruyama, que não participou da pesquisa. "Mesmo que o crescimento por deposição química de vapor (CVD) de nanotubos de carbono tenha sido estudado por mais de 20 anos, ninguém tentou usar o metal do grupo alcalino como catalisador. Esta será uma grande dica para uma compreensão totalmente nova do mecanismo de crescimento dos nanotubos de carbono. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.