Carbon Nanotubes Mostrano una relazione amore/odio con l’acqua


Un’illustrazione mostra il comportamento di bagnatura dei nanotubi di carbonio, che respingono l’acqua e la tengono in posizione. Credito: Università di Pittsburgh

I nanotubi di carbonio (CNT) sono preziosi per un’ampia varietà di applicazioni. Realizzati in fogli di grafene arrotolati in tubi 10.000 volte più piccoli di un capello umano, i CNT hanno un eccezionale rapporto forza-massa e eccellenti proprietà termiche ed elettriche. Queste caratteristiche li rendono ideali per una vasta gamma di applicazioni, tra cui supercondensatori, interconnessioni, adesivi, intrappolamento di particelle e colore strutturale.

Una nuova ricerca rivela un potenziale ancora maggiore per i CNT: come rivestimento, possono respingere e tenere l’acqua in posizione, una proprietà utile per applicazioni come la stampa, la spettroscopia, il trasporto dell’acqua o la raccolta delle superfici. Quando l’acqua viene lasciata cadere su una foresta CNT, i CNT respingono l’acqua e formano una sfera. Tuttavia, quando capovolto, la goccia non cade a terra, ma piuttosto si aggrappa alla superficie.

Goccioline d’acqua su un petalo di rosa. I nanotubi di carbonio come rivestimento presentano gli stessi comportamenti dinamici di bagnatura di un petalo di rosa.

“A differenza delle superfici superidropfobiche in cui le goccioline si stanno srotolando facilmente quando sono inclinate, le foreste del CNT sono paraifobiche, dove la goccia è sia respinta che attratta dalla superficie CNT”, spiega l’autore principale dell’articolo e studente laureato nel Laboratorio LAMP.  “È un rapporto di amore-odio.”

La chiave di questo comportamento di bagnatura è l’uso di foreste CNT che sono densamente, imballate verticalmente sulla superficie e la superficie CNT intrinsecamente idrofila. Le foreste sono circa 100 micron di altezza e così dense che ci sono oltre 100 miliardi (1011) CNT in 1 cm2 area.  Una certa quantità di pozzi d’acqua sotto i nanotubi di carbonio e si aggrappa al materiale idrofilo, mentre il resto viene respinto in una sfera.

Questa ricerca rappresenta la prima osservazione della paraibiscità delle foreste CNT, dove la goccia può rotolare lungo la superficie ma non cade quando capovolta. Altre superfici in natura come il fuzz di pesca o i petali di rosa presentano anche questo comportamento di bagnatura, che può essere utilizzato per il trasporto di liquidi, il design del rivestimento dei tessuti, la selettività della membrana e persino la robotica da arrampicata su parete.

Questo comportamento di bagnatura potrebbe anche essere usato come un modo per costruire CNT in vari accordi.

“Ricerche precedenti hanno dimostrato che le foreste CNT sono instabili sotto l’applicazione dell’acqua, ma mostriamo che le goccioline d’acqua sono, infatti, stabili su queste fitte foreste di CNT”, spiega Paul Leu, PhD, professore associato di ingegneria industriale presso l’Università di La Swanson School of Engineering di Pittsburgh e l’autore sul giornale. “Questo comportamento di bagnatura può essere utilizzato per assemblare CNT in array verticali densi, strisce di superficie e altre forme uniche che potrebbero essere utilizzate per supercondensatori, interconnessioni e altre applicazioni.”

Leu ha anche nomine in ingegneria chimica e ingegneria meccanica e scienza dei materiali. Il suo laboratorio, il Laboratory for Advanced Materials di Pittsburgh (LAMP), condusse la ricerca.

Riferimento: “Paraidrobifobicità e dinamica di bagnatura stick-slip delle foreste di nanotubi di carbonio allineate verticalmente” di Zoyiu, Tongchuan Gao, Sean McCarthy, Andrew Kozbial, Susheng Tan, David Pekker, Lei Li e Paul W. Le, 7 giugno 2019, Carbon.
DOI: 10.1016/j.carbon.2019.06.012