Nanotubos de carbono (CNTs) são nanoestruturas cilíndricas feitas de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal. Eles têm propriedades notáveis, como alta resistência, condutividade elétrica e térmica e estabilidade química, tornando-os materiais promissores para diversas aplicações, incluindo eletrônica, compósitos e armazenamento de energia.

A capacidade de controlar com precisão a estrutura dos CNTs é crucial para desbloquear todo o seu potencial e adaptá-los para aplicações específicas. Um dos principais aspectos do controle estrutural em CNTs é a direção de laminação, que determina a orientação da rede hexagonal e a quiralidade resultante do nanotubo.

Para entender como enrolar um nanotubo, vamos visualizar uma folha de grafeno, que é uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal. Enrolar esta folha de grafeno ao longo de uma determinada direção resulta na formação de um CNT. A direção de rolamento é normalmente definida por um vetor chamado “vetor quiral”, que conecta dois pontos de rede equivalentes na folha de grafeno.

A quiralidade de um CNT é determinada pelo ângulo entre o vetor quiral e a direção em zigue-zague da folha de grafeno. Dependendo da direção de laminação, os CNTs podem ser classificados em três tipos principais:

1. Nanotubos de poltrona: Nos nanotubos poltrona, o vetor quiral está perfeitamente alinhado com a direção em zigue-zague, resultando em um CNT com um arranjo regular de hexágonos.

2. Nanotubos em ziguezague: Nos nanotubos em zigue-zague, o vetor quiral está perfeitamente alinhado com a direção poltrona, resultando em um CNT com um padrão em zigue-zague de hexágonos.

3. Nanotubos Quirais: Nos nanotubos quirais, o vetor quiral está em um ângulo entre as direções ziguezague e poltrona, resultando em um CNT com um arranjo torcido de hexágonos.

A quiralidade de um CNT tem um impacto profundo nas suas propriedades eletrônicas. Os nanotubos de poltrona são tipicamente metálicos, enquanto os nanotubos em zigue-zague e quirais podem ser metálicos ou semicondutores. Esta diferença nas propriedades eletrônicas surge dos efeitos da mecânica quântica do confinamento de elétrons dentro da estrutura do nanotubo.

O controle preciso sobre a direção de rolamento e a quiralidade dos CNTs é alcançado através de várias técnicas de síntese, incluindo deposição química de vapor (CVD), descarga de arco e ablação a laser. Essas técnicas envolvem o controle das condições de crescimento, como temperatura, pressão e composição do catalisador, para favorecer a formação de tipos específicos de CNTs.

No CVD, por exemplo, a direção de laminação dos CNTs pode ser influenciada pela orientação da superfície do substrato ou pelo uso de catalisadores padronizados. Ao controlar os parâmetros de crescimento, é possível sintetizar seletivamente quiralidades específicas de CNTs.

Em resumo, rolar um nanotubo envolve visualizar uma folha de grafeno e enrolá-la ao longo de uma direção específica, definida pelo vetor quiral. A direção de laminação determina a quiralidade do CNT e suas propriedades eletrônicas. O controle preciso sobre a direção de laminação é alcançado através de diversas técnicas de síntese, permitindo o crescimento personalizado de CNTs com características estruturais e elétricas desejadas.