Introdução: Interdisciplinaridade e novas fronteiras

Apresentação em tema: "Introdução: Interdisciplinaridade e novas fronteiras"— Transcrição da apresentação:

1 Introdução: Interdisciplinaridade e novas fronteiras
- Nanotubos de carbono. - Microscopias de Ponta de Prova: fundamentos e aplicações -AFM -STM MEMS, NEMS e Nanotribologia.

2 Nanotubos de carbono: . Introdução . Produção . Purificação
. Propriedades . Potenciais Aplicações

3 C-C sp2  distância interatômica: 1.42 Å
Grafite  distância interplanar: 3.35 Å

4 Diamante: carbono sp3 C60 : Carbono sp2

5 Imagens TEM de filamentos de grafite
- M. Hillert and N. Lange, The structure of graphite filaments, Zeitschr. Kristall 111(1958) 24 Imagens TEM de filamentos de grafite - T.V Hughes and C.R. Chambers, US Patent (1889) fibras de carbono

6 A. Oberlin, M. Endo, T. Koyama, J. Cryst. Growth 32 (1976) 335
Carbono amorfo Fibras de carbono produzidas por pirólise de benzeno e ferroceno a 1000o C. A. Oberlin, M. Endo, T. Koyama, J. Cryst. Growth 32 (1976) 335

7 Paredes múltiplas (MWNT)
Parede simples Single wall (SWNT)

8 1985: Descoberta dos fullerenos; H. W. Kroto, J. R. Heath, S. C. O
1985: Descoberta dos fullerenos; H.W. Kroto, J.R. Heath, S. C. O. Brein, R.E. Smaley, Nature 318 (1985) 162. 1991: Observação dos nanotubos de carbono multi-wall por S. Ijima, Nature 354 (1991) 56.

9 Vetor chiral (perpendicular ao eixo do tubo:
Nanotubos: Estrutura Folha de grafeno Ch a1 a2 Vetor chiral (perpendicular ao eixo do tubo: Ch = na1 + ma2

10 a1 = a3/2 x + a/2 y a2 = a3/2 x - a/2 y , com a = 2.46 Å cos  = ângulo entre o vetor chiral e a direção zig-zag

11 Nanotubos: Estrutura diâmetro do nanotubo:
d = a 3 (m2 + mn + n2 )1/2 /  Com a  Å (grafite) < a < Å (C60) ângulo chiral  = 0, (m,n) = (p,0) zigzag  = ± 30, (m,n) = (2p,-p) ou (p,p) armchair p é um número inteiro

12 Nanotubos: Estrutura

13 Imagem de STM de dois nanotubos chirais

14 Nanotubos: Estrutura

15 Nanotubos: semicondutores e metálicos Singularidades de Van Hove

16 Nanotubos paredes múltiplas: abertos ou fechados?

17 A= pentágono e B = heptágono

18

19 Produção de Nanotubos de carbono
. Arco catódico . Ablação por laser . Deposição Química na Fase Vapor (CVD) . Pirólise . Eletrólise

20 Arco Catódico . Método Kratschmer-Huffman para produção de C60 modificado. . Catodo de grafite mais espesso que o anodo, também de grafite. . Redução da temperatura é importante para o crescimento de nanotubos.

21 Distância entre anodo e catodo menor que 1 mm
Arco Catódico Gás: He Pressão: torr Voltagem DC: V Corrente: A Distância entre anodo e catodo menor que 1 mm

22

23 Crescimento dos nanotubos C2 é responsável pela formação dos MWNT

24 Catalizadores metálicos: SWNT
Misturas de Ni-Y : 90% SWNT com raio médio de 1.4 nm C. Journet et al. , Nature 388(1997) 756

25 metal

26 . Síntese de Single wall nanotubes (SWNT).
Ablação por laser . Síntese de Single wall nanotubes (SWNT). . Alto grau de pureza. . Nd/Yag, laser de excímeros e laser de CO2 . Uso de catalisadores metálicos. . Produção em pequenas quantidades.

27 Ablação por laser Gás: Argônio Temperatura: oC

28 catalisador: filmes finos de Ni tratados térmicamente
DC-PECVD catalisador: filmes finos de Ni tratados térmicamente

29 Influência da espessura do filme catalisador

30 Influência da temperatura

31 Influência da tensão de polarização

32 Nanotubos multi-wall alinhados

33 Mecanismo de crescimento
na superfície: C2H2  2C + H2

34 Mecanismos de crescimento
Difusão no volume

35 Mecanismos de crescimento
Difusão superficial

36 Carbono difunde ao longo dos planos (100) do Fe e cristaliza no lado oposto do grão catalisador.
HREM

37 Mecanismos de crescimento
Difusão no volume

38 Microwave- PECVD

39 Hot Filament -PECVD

40 Eletrólise

41 Nanotubos alinhados M. Terrones, Nature 388(1998) 53.

42 Nanopartículas de Co Laser Nd:YAG ( 266nm) Co/ silica M. Terrones, Nature 388(1998) 53.

43 SEM images

44 Distância entre planos 3. 4 Å
imagem TEM Distância entre planos 3. 4 Å

45 Processos Homogênos: Spray-pirólise

46 Processos em escala industrial:
HiPCo: (High pressure carbon oxide) reação na fase gasosa usando Fe(Co)5 para obter SWNT – Carbon Nanotechnologies Inc. (Houston, TX) SWNT- arc MWNT-CVD

47 Métodos de Purificação
. Oxidação na fase líquida . Oxidação na fase vapor . Filtração . Cromatografia Objetivos: remover o catalisador (ácidos) remover o carbono amorfo (oxidação)

48 Partícula metálica removida Estabilidade dos nanotubos x C60
Partículas metálicas