Quali sono i diversi tipi di nanotubi di carbonio?

Strutturalmente, esistono due tipi base di nanotubi di carbonio (CNT) - i nanotubi a parete singola (SWNT) e i nanotubi a parete multipla (MWNT) - ma varia anche la disposizione dei gruppi di atomi di carbonio in queste strutture. I nanotubi di carbonio sono essenzialmente fogli arrotolati di grafite, che sono costruiti su una serie di legami atomici ad incastro, esagonali, a sei atomi di carbonio. Questi legami possono essere disposti in una delle tre configurazioni: a zig-zag, in cui si alternano in uno schema lineare lungo la lunghezza della parete cilindrica dei nanotubi; poltrona, dove la struttura è una raccolta di linee rette di legami; e chirale, dove i legami si spostano in modo lineare ad un angolo destro o sinistro lungo la lunghezza del tubo.

All'interno di questa classe fondamentale di strutture, i nanotubi di carbonio variano anche essendo cilindri diritti o distorti in qualche modo come arrotolati o ramificati. Forme aggiuntive che sono state create includono il nanotubo con una sfera di buckyball di carbonio attaccata ad esso, noto come un nanobud, e nanotubi impilati a tazza, che sono una serie di strutture concave a forma di disco allineate in forma di tubo. Sono state anche realizzate strutture a nanotubo a forma di ciambella o toroide e hanno elevate proprietà di momento magnetico che le renderebbero utili come potenti sensori.

La struttura dei nanotubi di carbonio determina anche le loro proprietà fisiche e chimiche, in cui i nanotubi di poltrona sono sempre metallici in termini di conducibilità elettrica e le forme a zig-zag e chirali sono semiconduttori. I sei legami carbonio che compongono la struttura esagonale di base di un nanotubo di carbonio sono distanziati di 0,14 nanometri l'uno dall'altro in forti legami molecolari e covalenti. Questi fogli laminati di grafite vengono quindi legati l'uno all'altro in nanotubi a pareti multiple, che sono essenzialmente cilindri all'interno di cilindri, con forze deboli di van der Waals, a una distanza di circa 0,34 nanometri tra le pareti dei cilindri. Questo debole legame molecolare consente alle strutture in fogli di grafite di scivolare l'una contro l'altra, il che rende facile rimuovere la grafite in applicazioni come quando una matita viene premuta contro la carta.

Altri tipi di nanotubi di carbonio includono nanotubi di carbonio estremi, che sono semplicemente variazioni del design naturale in cui sono molto lunghi, corti o sottili. Hanno applicazioni nella costruzione di cavi da 20 a 100 volte più resistenti dell'acciaio per cose come un elevatore spaziale e per muscoli artificiali che possono operare in una gamma di temperature da -321 ° a 2.800 ° Fahrenheit (da -196 ° a 1.538 ° Celsius ). Alcuni film di nanotubi estremi sono anche in grado di catturare lunghezze d'onda infrarosse della luce note come radiazioni del corpo nero o radiazioni di calore. Ciò li renderebbe utili nelle celle solari in grado di catturare questo calore emesso dalla Terra nello spazio di notte, il che consentirebbe la generazione di energia 24 ore su 24 a un livello di efficienza superiore al 35%, che è da due a cinque volte migliore di quello delle celle solari convenzionali.