Nanotubos de carbono e seus usos

postado 11 de julho de 2023

Autor: João Vicente Freire

Os nanomateriais, em geral, são muito importantes já que são capazes de exercer as mais diversas funções com excelência o que outros materiais não seriam capazes. Muitas das propriedades destes materiais são determinadas pelo tamanho e pela morfologia, tendo uma bela sintonia em suas propriedades físico-químicas. Os nanotubos de carbono, ou NTC (CNT, do inglês carbon nanotube), são cilindros ou tubos ocos compostos por alótropos do carbono com proporções nanométricas (1 nanômetro é igual à 10-9 m). Esses tubos são como uma folha de papel enrolada, mas ela é formada por átomos de carbono e tem a espessura de apenas um átomo. Eles são 100 mil vezes mais finos que um fio de cabelo e invisíveis até em microscópios ópticos.

Imagem: Representação dos nanotubos de carbono

Essa nova estrutura do carbono, que tem sua invenção e popularização atribuída ao físico japonês Sumio Iijima em 1991, é um material muito versátil, sendo utilizado em aplicações em diversas áreas como a química, física, ciência do materiais, na farmacologia, entre outros e tem revolucionado todos esses mercados onde ela tem aplicações.

Pensando nisso, a Prisma Jr traz para vocês um artigo com insights sobre essa estrutura de carbono, e suas aplicações, explicando o porquê ele é tão relevante dentro da ciência como um todo. Para entendermos melhor essa relevância, é preciso observar quais são as suas características que trazem ela a essa estrutura, que são principalmente a sua alta condutividade elétrica, uma resistência mecânica notável, que é aproximadamente 100 vezes maior que a do aço, e mesmo assim, ter uma boa elasticidade e flexibilidade, que são propriedades notáveis para diversas aplicações. Dito isso, a primeira utilidade desse material que será destacada aqui é o na indústria eletrônica, onde já se é possível imaginar esses nanotubos como componentes dos computadores normais do nosso dia a dia, e também são utilizados já atualmente para interligar nano chips de silício e futuramente, o nanotubo de carbono do tipo single wall (formada com grafeno enrolada em forma cilíndrica, cuja cavidade interna é oca) é o candidato favorito para os nanochips, substituindo completamente o silício que usamos atualmente.

Outra aplicação muito importante é dentro da área de biotecnologia, onde essa tecnologia tem diversas aplicações. O desenvolvimento de sensores biológicos implantáveis no corpo humano utilizando nanotubos de carbono modificados é uma das áreas mais promissoras para uso desses materiais na biotecnologia, em que estes são capazes de detectar quantidades ínfimas da substância alvo com alta seletividade devido a suas propriedades. Outra abordagem biotecnológica tem sido investir na funcionalização das paredes dos nanotubos de carbono, em que átomos ou moléculas podem ser adsorvidos ou ligados aos NTCs, ampliando as suas propriedades originais ou incrementando outras características, tais como seletividade e aumento da velocidade de reação. Além dessas, é importante destacar que ainda existem infinitas possibilidades desse material dentro dessa área.

Além dessas possibilidades, os nanotubos são relevantes também na indústria têxtil, já que o material é capaz de substituir outras fibras na composição de tecidos de alta resistência. Alguns cientistas, testando as propriedades físicas do material, concluíram que uma roupa tecida de CNTs seria uma armadura corporal mais eficiente do que o kevlar – material utilizado na fabricação de coletes à prova de balas.

Também é muito importante destacar o uso dessa tecnologia na medicina onde ela já obteve sucesso em adsorver ou conjugar uma grande quantidade substâncias de exames e medicamentos, e além disso, podem chegar ao interior de uma célula para serem utilizados como sensores para diagnósticos e tratamentos médicos.

Finalmente, sendo mais direto, devido a suas propriedades, os nanotubos de carbono podem ser utilizados para quase tudo! Dependendo da maneira a qual eles são produzidos e estruturados, o que pode variar até um certo grau as suas propriedades físicas e químicas, como existem diversas configurações possíveis, ele tem toda essa flexibilidade antes citada e muito mais, tendo cada uma dessas estruturas se comportando de maneiras diferentes, podendo ser até opostas.