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PublicouGabriela Seda Alterado mais de 10 anos atrás
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Introdução: Interdisciplinaridade e novas fronteiras
- Nanotubos de carbono. - Microscopias de Ponta de Prova: fundamentos e aplicações -AFM -STM MEMS, NEMS e Nanotribologia.
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Nanotubos de carbono: . Introdução . Produção . Purificação
. Propriedades . Potenciais Aplicações
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C-C sp2 distância interatômica: 1.42 Å
Grafite distância interplanar: 3.35 Å
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Diamante: carbono sp3 C60 : Carbono sp2
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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
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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
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Paredes múltiplas (MWNT)
Parede simples Single wall (SWNT)
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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.
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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
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a1 = a3/2 x + a/2 y a2 = a3/2 x - a/2 y , com a = 2.46 Å cos = ângulo entre o vetor chiral e a direção zig-zag
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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
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Nanotubos: Estrutura
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Imagem de STM de dois nanotubos chirais
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Nanotubos: Estrutura
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Nanotubos: semicondutores e metálicos Singularidades de Van Hove
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Nanotubos paredes múltiplas: abertos ou fechados?
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A= pentágono e B = heptágono
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Produção de Nanotubos de carbono
. Arco catódico . Ablação por laser . Deposição Química na Fase Vapor (CVD) . Pirólise . Eletrólise
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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.
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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
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Crescimento dos nanotubos C2 é responsável pela formação dos MWNT
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Catalizadores metálicos: SWNT
Misturas de Ni-Y : 90% SWNT com raio médio de 1.4 nm C. Journet et al. , Nature 388(1997) 756
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metal
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. 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.
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Ablação por laser Gás: Argônio Temperatura: oC
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catalisador: filmes finos de Ni tratados térmicamente
DC-PECVD catalisador: filmes finos de Ni tratados térmicamente
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Influência da espessura do filme catalisador
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Influência da temperatura
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Influência da tensão de polarização
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Nanotubos multi-wall alinhados
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Mecanismo de crescimento
na superfície: C2H2 2C + H2
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Mecanismos de crescimento
Difusão no volume
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Mecanismos de crescimento
Difusão superficial
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Carbono difunde ao longo dos planos (100) do Fe e cristaliza no lado oposto do grão catalisador.
HREM
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Mecanismos de crescimento
Difusão no volume
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Microwave- PECVD
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Hot Filament -PECVD
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Eletrólise
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Nanotubos alinhados M. Terrones, Nature 388(1998) 53.
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Nanopartículas de Co Laser Nd:YAG ( 266nm) Co/ silica M. Terrones, Nature 388(1998) 53.
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SEM images
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Distância entre planos 3. 4 Å
imagem TEM Distância entre planos 3. 4 Å
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Processos Homogênos: Spray-pirólise
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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
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Métodos de Purificação
. Oxidação na fase líquida . Oxidação na fase vapor . Filtração . Cromatografia Objetivos: remover o catalisador (ácidos) remover o carbono amorfo (oxidação)
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Partícula metálica removida Estabilidade dos nanotubos x C60
Partículas metálicas
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