Os nanotubos de carbono propensos a emaranhar-se como o espaguete podem usar um pouco de molho especial para realizar todo o seu potencial.
Os cientistas da Rice University criaram apenas o molho, um solvente à base de ácido que simplifica o processamento de nanotubos de carbono de uma maneira mais fácil de escalar para aplicações industriais.

O laboratório Rice de Matteo Pasquali relatou em Science Advances na descoberta de uma combinação única de ácidos que ajuda a separar nanotubos em uma solução e transformá-los em filmes, fibras ou outros materiais com excelentes propriedades elétricas e mecânicas.

O estudo co-liderado pelo ex-aluno de pós-graduação Robert Headrick e o estudante de pós-graduação Steven Williams relata que o solvente é compatível com os processos convencionais de fabricação. Isso deve ajudá-la a encontrar um lugar na produção de materiais avançados para muitas aplicações.

"Há uma percepção crescente de que provavelmente não é uma boa ideia aumentar a mineração de cobre, alumínio e níquel", disse Pasquali, A.J. Hartsook Professor e professor de engenharia química e biomolecular, química e ciência dos materiais e nanoengenharia. Ele também é diretor do Rice-based Carbon Hub, que promove o desenvolvimento de materiais avançados de carbono para beneficiar o meio ambiente.

"Mas existe essa oportunidade gigante de usar hidrocarbonetos como nosso minério", disse ele. “Nesse sentido, precisamos ampliar o máximo possível a gama em que podemos usar materiais de carbono, especialmente onde podem substituir metais com um produto que pode ser fabricado de forma sustentável a partir de uma matéria-prima como hidrocarbonetos”. Pasquali observou que esses processos de fabricação também produzem hidrogênio limpo.

“O carbono é abundante, controlamos as cadeias de suprimentos e sabemos como retirá-lo de maneira ambientalmente responsável”, disse ele.

Uma maneira melhor de processar o carbono ajudará. O solvente é baseado em ácidos metanossulfônicos (MSA), p-toluenossulfônicos (pToS) e oleum que, quando combinados, são menos corrosivos do que aqueles atualmente usados ​​para processar nanotubos em solução. Separar os nanotubos (que os pesquisadores chamam de dissolução) é um passo necessário antes que eles possam ser extrudados através de uma agulha ou outro dispositivo onde as forças de cisalhamento ajudam a transformá-los em fibras ou folhas familiares.

Os ácidos oleum e clorosulfônico têm sido usados ​​há muito tempo para dissolver nanotubos sem modificar suas estruturas, mas ambos são altamente corrosivos. Ao combinar oleum com dois ácidos mais fracos, a equipe desenvolveu um processo amplamente aplicável que permite nova fabricação de produtos de nanotubos.

"O oleum envolve cada nanotubo individual e dá a ele uma carga positiva muito localizada", disse Headrick, agora pesquisador da Shell. "Essa carga faz com que eles se repelam."

Após desembaraçar, os ácidos mais suaves separam ainda mais os nanotubos. Eles descobriram que o MSA é melhor para fiação de fibra e produção de filme rolo a rolo, enquanto o pToS, um sólido que derrete a 40 graus Celsius (104 graus Fahrenheit), é particularmente útil para aplicações de impressão 3D porque permite que soluções de nanotubos sejam processadas em a uma temperatura moderada e depois solidificou por arrefecimento.

Os pesquisadores usaram essas soluções estáveis ​​de cristal líquido para fazer coisas de maneiras modernas e tradicionais, impressão 3D de aerogéis de nanotubos de carbono e padrões de serigrafia em uma variedade de superfícies, incluindo vidro.

As soluções também possibilitaram a produção rolo a rolo de filmes transparentes que podem ser usados ​​como eletrodos. "Honestamente, foi um pouco surpreendente o quão bem isso funcionou", disse Headrick. "Ele saiu muito impecável na primeira tentativa."

Os pesquisadores observaram que o oleum ainda requer manuseio cuidadoso, mas uma vez diluído com os outros ácidos, a solução é muito menos agressiva a outros materiais.

"Os ácidos que estamos usando são muito mais suaves que você pode usá-los com plásticos comuns", disse Headrick. "Isso abre as portas para muitas técnicas de processamento e impressão de materiais que já estão em vigor nas instalações de fabricação.

"Também é muito importante para integrar nanotubos de carbono em outros dispositivos, depositando-os como uma etapa do processo de fabricação de dispositivos", disse ele.

Eles relataram que as soluções menos corrosivas não liberavam gases nocivos e eram mais fáceis de limpar após a produção. MSA e pToS também podem ser reciclados após o processamento de nanotubos, reduzindo seu impacto ambiental e custos de energia e processamento.

Williams disse que o próximo passo é ajustar o solvente para aplicações e determinar como fatores como quiralidade e tamanho afetam o processamento de nanotubos. "É muito importante que tenhamos tubos de alta qualidade, limpos e de grande diâmetro", disse ele.

Os co-autores do artigo são a ex-aluna Lauren Taylor e os alunos de pós-graduação Oliver Dewey e Cedric Ginestra da Rice; a estudante de pós-graduação Crystal Owens e os professores Gareth McKinley e A. John Hart no Massachusetts Institute of Technology; a aluna Lucy Liberman, estudante de pós-graduação Asia Matatyaho Ya'akobi e Yeshayahu Talmon, professor emérito de engenharia química, no Technion-Israel Institute of Technology, Haifa, Israel; e Benji Maruyama, líder de materiais autônomos na Diretoria de Materiais e Manufatura do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea. + Explorar mais

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