Nanotubi di carbonio

I nanotubi sono strutture cilindriche il cui diametro è dell’ordine, al massimo, di decine di nanometri, e la cui lunghezza può raggiungere anche alcuni micron. I nanotubi possono essere di diversi materiali, tuttavia, i più studiati sono quelli di carbonio perché è un elemento biocompatibile e si presta a svariate applicazioni.

I nanotubi di carbonio vennero scoperti nel 1991 dallo scienziato giapponese S. Iijima che osservò al microscopio elettronico ad altissima risoluzione delle strutture tubolari di tipo fullerenico.

Poiché i nanotubi sono costituiti da atomi di carbonio disposti su un unico foglio di grafite arrotolato su un asse cilindrico, si possono considerare forme allotropiche del carbonio. I nanotubi si classificano in nanotubi a parete singola, SWNT (single wall nanotube) se costituiti da un solo foglio

e nanotubi a pareti multiple, MWNT (multi wall natube) se formati da fogli cilindrici concentrici inseriti uno dentro l’altro. Il corpo del nanotubo è formato soltanto da esagoni, mentre le parti che costituiscono la chiusura del cilindro sono formate da esagoni e da pentagoni, come nel fullerene.

Tuttavia, è proprio la presenza sia di esagoni sia di pentagoni che provocano difetti o imperfezioni nella struttura che, deformando il cilindro, limitano le possibilità del loro impiego.

La peculiarità dei nanotubi è la loro versatilità: infatti, con lo stesso materiale, ma al quale vengono applicate piccole variazioni nella geometria molecolare, si possono ottenere prodotti con proprietà elettroniche e meccaniche assai diverse.

I nanotubi a parete singola risultano essere un materiale molto resistente alla tensione e presenta ottime proprietà elettriche fungendo da  conduttore di corrente, in base al suo diametro o in base alla sequenza dei legami carbonio carbonio lungo la circonferenza del tubo. La ricerca si sta quindi sviluppando nell’elettronica per poter arrivare a realizzare chip super veloci e di dimensioni sempre più piccole. Si è poi trovata un’applicazione nel campo biomedico, dopo che sono state messe a punto funzionalità che hanno reso i nanotubi solubili in acqua, rendendoli allo stesso tempo decisamente meno tossici per le cellule e più biocompatibili. Vengono utilizzati infatti come carriers di farmaci e, secondo studi recenti, come possibili agenti di contrasto nel campo ecografico.

Le proprietà meccaniche dei nanotubi di carbonio partono proprio dalla capacità di resistenza di questo materiale alla trazione, passando dalla loro flessibilità. Hanno la capacità, infatti, di piegarsi fino a quasi 90° senza rompersi o presentare danneggiamenti. Resistenza e flessibilità insieme fanno dei nanotubi i materiali ideali come le fibre di rinforzo ad altri materiali, sostituendo le fibre di carbonio, le fibre di vetro o il kevlar (fibra sintetica di grande resistenza meccanica).

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