Os pesquisadores desenvolveram uma visão que pode facilitar a produção de nanotubos de carbono microscópicos, estruturas milhares de vezes mais finas do que um cabelo humano, usadas em tudo, desde microchips a artigos esportivos e produtos farmacêuticos. A pesquisa realizada por cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) pode garantir que a fabricação de nanotubos seja o mais eficiente possível.

As descobertas estão entre pesquisas recentes de cientistas que trabalham no Laboratório PPPL para Nanosíntese de Plasma, que é pioneira na pesquisa em plasma de baixa temperatura para melhorar a produção de nanotubos e outras nanopartículas. A instalação de seis anos desenvolveu um fluxo constante de percepções que podem avançar essa produção.

Os nanotubos são medidos em bilionésimos de metro e sua flexibilidade e força são notáveis. Em princípio, sua resistência à tração, ou resistência a quebrar quando esticado, é 100 vezes maior do que um fio de aço do mesmo tamanho. Os cientistas estão tentando aumentar sua compreensão de uma técnica amplamente usada que envolve eletricidade para criar plasma, que é então usado para criar nanotubos.

Os engenheiros usam correntes elétricas conhecidas como arcos para vaporizar átomos de carbono ou outro material de um componente positivo conhecido como ânodo. Uma vez na forma de gás, os átomos liberados podem se aglutinar em nanotubos e outras estruturas que podem ser usadas no lugar do silício em chips de computador para aumentar o desempenho e a eficiência energética. Um melhor entendimento pode tornar o processo de produção mais confiável e aumentar a qualidade dos nanotubos.

Físicos do PPPL produziram um modelo que mostra que a formação de nanopartículas depende de vários fatores. O modelo mostra que, à medida que a corrente elétrica passa de força baixa para alta, a evaporação, ou ablação, a taxa dos átomos de carbono também muda de baixa para alta. Esta descoberta é importante porque os pesquisadores querem controlar a ablação em uma taxa moderada, em vez de rápida, ao realizar experimentos e criar nanopartículas para a indústria.

O fator-chave na taxa de ablação é sua dependência do gás hélio de fundo, que preenche o espaço dentro de uma câmara de metal oca que abriga os eletrodos. "Este é o fator crucial que os modelos anteriores ignoravam, "disse o ex-físico do PPPL Alexander Khrabry, autor principal de um artigo relatando as descobertas em Journal of Applied Physics . "O gás pega os átomos de carbono à medida que eles fazem a ablação e os mantém perto da superfície do eletrodo. Os átomos, então, voltam para o eletrodo. Sob certas condições, o fluxo entre o gás e os eletrodos é alto o suficiente para levar à rápida transição de uma taxa de ablação baixa para uma alta, que não é o que queremos. "

Em pesquisas relacionadas, os cientistas desenvolveram uma nova explicação para a formação de pontos quentes em um dos componentes elétricos que fazem a ablação do carbono para ajudar a criar os nanotubos. Os cientistas já haviam pensado que as manchas, que se formam no componente carregado positivamente e interferem na produção de nanotubos, resultam de instabilidades na corrente que flui para o componente carregado negativamente, como relâmpagos fluindo das nuvens para o solo.

A nova pesquisa indica que as manchas se formam devido à maneira como o calor se espalha dentro do ânodo, o que significa que as propriedades do ânodo ajudam a determinar como e quando os pontos quentes se formam. Os pontos quentes podem reduzir a quantidade de átomos de carbono que evaporam da superfície do ânodo e, assim, reduzir a quantidade de nanotubos criados. Uma maior compreensão da formação de manchas pode levar a insights sobre como reduzi-las ou eliminá-las.

O processo funciona desta forma:o calor do plasma flui dentro do ânodo e se dissipa em sua superfície, criando um ponto de alta temperatura. As propriedades anódicas que determinam o fluxo de calor são, portanto, importantes para a formação de pontos e fabricação de nanotubos. O papel do ânodo foi esquecido no passado.

Uma melhor compreensão de tais processos fundamentais estabelece a base para avanços futuros.