How big is Nanotubo de carbono?

Um nanotubo de carbono é um tubo minúsculo e oco de átomos de carbono, ligados em um padrão de hexágonos como o das folhas que formam a grafite. Um nanotubo de parede única, cuja parede tem a espessura de um átomo, costuma ter cerca de 1 nanômetro de largura. Um nanômetro é um bilionésimo de metro. Os nanotubos são muito mais compridos do que largos, com comprimentos medidos em micrômetros, ou milionésimos de metro.

Tamanho

O 1 nanômetro indicado no explorador é o diâmetro de um nanotubo de parede única típico, medido de um lado a outro do tubo. As larguras variam de tubo para tubo. Um estudo com 34 nanotubos de parede única mediu diâmetros entre 0,7 e 1,2 nanômetros.

Nanotubos de paredes múltiplas são vários tubos encaixados um dentro do outro, por isso são mais largos. Os que Sumio Iijima descreveu em 1991 tinham de 2 a cerca de 50 paredes, e mediam de alguns a algumas dezenas de nanômetros de largura.

Os comprimentos também variam. O estudo com 34 tubos mediu apenas tubos com mais de 3 micrômetros de comprimento, de modo que cada um era pelo menos 2.500 vezes mais comprido do que largo.

Comparações de tamanho

• Cerca de 80.000 a 100.000 nanotubos de parede única, lado a lado, cobririam a largura de um fio de cabelo humano, que tem de 0,08 a 0,1 milímetro de largura.
• Um buckminsterfulereno, uma bola fechada de 60 átomos de carbono, tem cerca de 1 nanômetro de largura, aproximadamente a mesma largura de um nanotubo de parede única típico.
• Se um nanotubo de 1 nanômetro de largura e 3 micrômetros de comprimento fosse ampliado até ficar tão largo quanto um fio de cabelo humano, ou seja, 0,1 milímetro, ele teria cerca de 30 centímetros de comprimento, o comprimento de uma régua.

Como os nanotubos foram encontrados

Iijima relatou a existência dos nanotubos de carbono na revista Nature em 7 de novembro de 1991. Ele os produziu com um arco elétrico, um método parecido com o usado para fazer buckminsterfulerenos. Tubos em forma de agulha cresceram no eletrodo negativo do arco. Ao microscópio eletrônico, cada agulha revelou-se um conjunto de 2 a cerca de 50 tubos de folhas de carbono, encaixados um dentro do outro.

Os hexágonos de átomos de carbono em cada tubo se enrolam ao redor dele em espiral. Iijima observou que a produção desses tubos sugeria que estruturas de carbono poderiam ser construídas em escalas muito maiores do que os buckminsterfulerenos.

Em 1993, duas equipes relataram a existência de nanotubos de parede única. Iijima e Toshinari Ichihashi encontraram tubos com cerca de 1 nanômetro de largura. D. S. Bethune e colegas, que adicionaram cobalto ao carbono, encontraram tubos com cerca de 1,2 nanômetros de largura.

Observando um único nanotubo

Um único nanotubo é fino demais para ser visto, mas alguns tipos emitem um brilho no infravermelho próximo. Em um estudo de 2009, pesquisadores usaram esse brilho para filmar nanotubos individuais em água com um microscópio de fluorescência. Os tubos se curvavam para frente e para trás conforme o líquido ao redor os sacudia aleatoriamente, um movimento chamado de movimento browniano.

A partir dessa flexão, os pesquisadores descobriram que a rigidez de um nanotubo cresce com o cubo de seu diâmetro. Um tubo duas vezes mais largo é oito vezes mais difícil de dobrar. Seu grande comprimento em relação à largura, sua resistência e suas propriedades elétricas tornam os nanotubos adequados para uso em materiais de engenharia e em medicina.

Fontes

• Diameter-dependent bending dynamics of single-walled carbon nanotubes in liquids. Fakhri et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009.
• Helical microtubules of graphitic carbon. Sumio Iijima, Nature, 1991.
• Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter. Iijima and Ichihashi, Nature, 1993.
• Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls. Bethune et al., Nature, 1993.
• Thermally Activated Sliding of C60 on Gold. Pierno et al., ACS Omega, 2025.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.