. Deposição Química na Fase Vapor (catalisador: MWNT e SWNT)

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1 . Deposição Química na Fase Vapor (catalisador: MWNT e SWNT)
Nanotubos de carbono: . Introdução . Produção . Arco catódico (MWNT, com catalisador SWNT) . Ablação por laser (catalisador: SWNT) . Deposição Química na Fase Vapor (catalisador: MWNT e SWNT) . Pirólise (MWNT) . Eletrólise (MWNT) . Purificação . Propriedades . Potenciais Aplicações

2 Referências: - M. Terrones, Ann. Rev. Mater. Res. 33 (2003) 419 - MRS Bulletin de abril de 2004

3 SWNT depositado por CVD
W (0.2 nm) Fe (1nm) Al (10nm) SiO2 Exposição a He  remoção do O do ambiente Pulso de acetileno (5 s) 1000oC Exposição a He  esfriamento

4 Análise do substrato por AES: a) 10 minutos e b) 5 segundos
Análise do substrato por Raman: b) 10 minutos e a) 5 segundos

5 Raman em materiais à base de carbono

6 ~ 100/500 K APL 84 (04) 271

7 Fe

8 Eletrólise

9 Processos Homogênos: Spray-pirólise
Fluxo horizontal

10 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 20 Kg de SWNT/ano

11 Processos em escala industrial:
. Carbon Nanotechnologies Inc. (Houston, TX) HiPCo: (High pressure carbon oxide): “Floating catalyst method” Alta pressão: atmosferas Alta temperatura: 1050 oC Reação na fase gasosa usando Fe(Co)5 como catalisador e CO. SWNT → 450 mg/horas O valor ótimo da pressão é 50 atmosferas de CO  processo limitado por reações superficiais Nanopartículas de Fe

12 Métodos de Purificação
. Tratamentos com ácidos . Oxidação na fase vapor . Centrifugação . Filtração e Cromatografia Objetivos mínimos: . remover o catalisador (ácidos) . remover o carbono amorfo (oxidação)

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14 Estabilidade dos nanotubos x C60 Partícula metálica removida
Partículas metálicas Partícula metálica removida

15 Diluição e cromatografia
Nanotubos isolados e uso de propriedades físico-químicas templates

16 Fe

17 Propriedades mecânicas
Módulo de Young: TPa (diamante ~ 1TPa, fibras de carbono ~ 0.8 TPa) e depende do método de produção: - Defeitos reduzem o módulo de Young em até uma ordem de grandeza: - descarga em arco > pirolítico Medidas com AFM e TEM.

18 Propriedades mecânicas
Nanoindentador

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20 Tribologia R. Superfine et al., Nature 397 (1999) 236

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

23 Propriedades elétricas
semicondutores metálicos

24 Propriedades elétricas
 Estados ocupados Relações de dispersão para três tipos de nanotubos: (5,5) armchair b) (9,0) zigzag c) (10,0) zigzag A energia do gap ~ 1/d, onde d é o diâmetro do tubo.

25 Propriedades elétricas
Densidade de estados para nanotubos armchair (8,8); (9,9); (10,10); (11,11). A densidade de estados é não nula a E=0

26 Nanotubos Densidade de corrente A/cm2 ~ três ordens de grandeza maior que no cobre Condutividade Térmica WmK ~ comparável a do diamante Young Modulus 1 – 1.2 TPa, superior a do diamante

27 Propriedades elétricas
Espectros Raman para SWNT obtidos a diferentes energias de excitação. De cima para baixo temos: 0.94 eV, 1.17, 1.58, 1.92 e 2.41 eV.

28 Propriedades elétricas
C. Lieber et. al. Nature 391 (1998) 62

29 Propriedades elétricas
Condutância normalizada (V/I) (dI/dV) e curva I-V (inset) medida nos pontos indicados nas imagesn de STM

30 Propriedades elétricas
Imagem de nanotubo semicondutor isolado em uma superfície de Au, condutância, e gap de energia em função do diâmetro do tubo.

31 Propriedades elétricas
Dados STM Teoria R.E. Smaley et al. Nature 391 (1998) 59