Os nanotubos de carbono são de grande interesse tanto em pesquisas científicas quanto em aplicações comerciais, graças às propriedades únicas do material. Uma nova tese da Universidade de Karlstad analisa como a estrutura atômica influencia as diferentes propriedades do material.
"No momento, há muito poucos padrões de medição e nenhum sistema de classificação adequado para nanotubos de carbono", diz Mattias Flygare, recém-formado doutor em física que acaba de publicar sua tese. Estudei o efeito da cristalinidade em diferentes propriedades, como a rigidez à flexão e a condutividade elétrica dos tubos.

Sabe-se que se os tubos tivessem uma estrutura atômica perfeita, essas propriedades seriam marcantes; no entanto, isso raramente é o caso na realidade. Em vez disso, os pesquisadores observam que as paredes dos tubos consistem em uma colcha de retalhos de vários "grãos" grandes com uma estrutura atômica bem ordenada. O tamanho desses grãos de cristalito, juntamente com outros defeitos, conferem ao material propriedades diferentes.

Os nanotubos de carbono são tubos ocos muito finos e leves que consistem em átomos de carbono, com paredes com apenas um átomo de espessura. A parede do tubo é como uma folha de grafite enrolada em um cilindro, com padrões hexagonais formando a folha. Devido às suas propriedades mecânicas, elétricas e térmicas únicas, os nanotubos de carbono oferecem grande potencial para pesquisa científica e aplicações industriais e comerciais, por exemplo, na indústria de materiais compósitos, mas a área de uso é mais ampla do que isso.

Grãos de padrões perfeitos

"Estudei até que ponto diferentes irregularidades na estrutura atômica afetam as propriedades do material, diz Mattias Flygare. Para estudar a estrutura atômica, usei nosso microscópio eletrônico de transmissão aqui na Universidade de Karlstad. O microscópio usa um feixe de elétrons em vez de luz visível para analisar o material, o que permite olhar os tubos em nível nanométrico, ou seja, um bilionésimo de metro, o que é inacreditavelmente pequeno. Meus estudos mostram, por exemplo, que a dependência das propriedades sobre a ordem e periodicidade dos átomos dentro das paredes do tubo nem sempre é completamente linear, e existem pontos críticos onde as propriedades podem ser drasticamente melhoradas simplesmente aumentando um pouco a cristalinidade. Este é um resultado muito interessante que mostra a necessidade de mais pesquisa e desenvolvimento de métodos de caracterização de nanotubos de carbono, para que o tipo certo de tubo possa ser usado para a finalidade certa, e para desenvolver ainda mais o métodos de produção para os tubos."

Microscópio eletrônico de transmissão

Usando essa técnica, você pode contornar as limitações de resolução da luz visível, que é de cerca de um micrômetro, e chegar a cerca de 100 picômetros, ou seja, 0,1 nanômetros, o que é alto o suficiente para resolver átomos individuais. Dentro do microscópio da universidade, também é possível manipular os nanotubos de carbono com uma sonda personalizada que pode ser controlada em nível nanométrico.

"Nosso microscópio eletrônico está localizado na casa 21, mas está completamente isolado das vibrações do resto da casa", diz Mattias Flygare. "Se o microscópio tivesse contato com a casa, bastaria uma pessoa andando pelo corredor fora da sala para que as vibrações tornassem a imagem borrada e inutilizável."

Áreas de aplicação para nanotubos de carbono

Hoje, existem aplicações para nanotubos de carbono em muitos produtos diferentes, e os pesquisadores continuam a explorar novas formas criativas de usar o material. Os nanotubos de carbono são encontrados em diversos materiais compósitos, por exemplo, em equipamentos esportivos como raquetes de tênis e bicicletas, devido à sua capacidade de melhorar a resistência e ainda reduzir o peso. Graças à sua condutividade elétrica, também é útil em todos os tipos de eletrônicos, e há usos ainda mais exóticos no horizonte. + Explorar mais

Nanotubos de carbono de parede dupla dopados com boro com tubo externo para aplicações termoelétricas