nanotubos de carbono:. introdução. produção. arco catódico (mwnt, com catalisador swnt)....
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Nanotubos de carbono: Nanotubos de carbono:
. Introdução. Introdução
. Produção. Produção
. Arco catódico (MWNT, com catalisador SWNT). Arco catódico (MWNT, com catalisador SWNT)
. Ablação por laser (catalisador: SWNT). Ablação por laser (catalisador: SWNT)
. Deposição Química na Fase Vapor (catalisador: . Deposição Química na Fase Vapor (catalisador: MWNT MWNT e SWNT)e SWNT)
. Pirólise (MWNT). Pirólise (MWNT)
. Eletrólise (MWNT). Eletrólise (MWNT)
. Purificação. Purificação
. Propriedades. Propriedades
. Potenciais Aplicações. Potenciais Aplicações
Referências:
- M. Terrones, Ann. Rev. Mater. Res. 33 (2003) 419
- MRS Bulletin de abril de 2004
SWNT depositado por CVDSWNT depositado por CVD
W (0.2 nm)W (0.2 nm)
Fe (1nm)Fe (1nm)
Al (10nm)Al (10nm)
SiOSiO22
Exposição a He Exposição a He remoção do O do ambiente remoção do O do ambiente
Pulso de acetileno (5 s) 1000Pulso de acetileno (5 s) 1000ooCC
Exposição a He Exposição a He esfriamento esfriamento
Análise do substrato por AES: a) 10 minutos e b) 5 Análise do substrato por AES: a) 10 minutos e b) 5 segundossegundos
Análise do substrato por Raman: b) 10 minutos e a) 5 segundosAnálise do substrato por Raman: b) 10 minutos e a) 5 segundos
Raman em materiais à base de carbonoRaman em materiais à base de carbono
~ 100/500 K~ 100/500 K
APL 84 (04) 271APL 84 (04) 271
Fe
EletróliseEletrólise
Processos Homogênos: Spray-pirólise
Fluxo Fluxo horizontalhorizontal
Processos em escala industrial:Processos em escala industrial:
HiPCoHiPCo: (High pressure carbon oxide) reação na : (High pressure carbon oxide) reação na fase gasosa usando Fe(Co)fase gasosa usando Fe(Co)55
para obter SWNT – para obter SWNT – Carbon Carbon Nanotechnologies Inc. (Houston, TX)Nanotechnologies Inc. (Houston, TX)
SWNT- arcSWNT- arc
MWNT-CVDMWNT-CVD
20 Kg de SWNT/ano20 Kg de SWNT/ano
Processos em escala industrial:Processos em escala industrial:
. Carbon Nanotechnologies Inc. (Houston, TX). Carbon Nanotechnologies Inc. (Houston, TX)
HiPCoHiPCo: (High pressure carbon oxide):: (High pressure carbon oxide):““Floating catalyst method”Floating catalyst method”Alta pressão: 30-100 atmosferasAlta pressão: 30-100 atmosferasAlta temperatura: 1050 Alta temperatura: 1050 ooCCReação na fase gasosa usando Fe(Co)Reação na fase gasosa usando Fe(Co)55 como catalisador e CO. como catalisador e CO.SWNT SWNT → → 450 mg/horas450 mg/horas
O valor ótimo da O valor ótimo da pressão é 50 pressão é 50 atmosferas de CO atmosferas de CO processo limitado por processo limitado por reações superficiaisreações superficiais
Nanopartículas Nanopartículas de Fede Fe
Métodos de PurificaçãoMétodos de Purificação
. Tratamentos com ácidos. Tratamentos com ácidos
. Oxidação na fase vapor. Oxidação na fase vapor
. Centrifugação. Centrifugação
. Filtração e Cromatografia. Filtração e Cromatografia
Objetivos mínimos: Objetivos mínimos: . remover o catalisador (ácidos). remover o catalisador (ácidos) . remover o carbono amorfo . remover o carbono amorfo (oxidação)(oxidação)
Estabilidade dos nanotubos x C60
Partículas metálicas
Partícula metálica removidaPartícula metálica removida
Diluição e cromatografia
Nanotubos isolados euso de propriedades físico-químicas
templates
Fe
Propriedades mecânicasPropriedades mecânicas
Módulo de Young:Módulo de Young:
- 1-1.8 TPa (diamante ~ 1TPa, fibras de carbono ~ 0.8 - 1-1.8 TPa (diamante ~ 1TPa, fibras de carbono ~ 0.8 TPa) e depende do método de produção:TPa) e depende do método de produção: - Defeitos reduzem o módulo de Young em até uma - Defeitos reduzem o módulo de Young em até uma ordem de grandeza:ordem de grandeza:
- descarga em arco > pirolítico- descarga em arco > pirolítico
-Medidas com AFM e TEM.Medidas com AFM e TEM.
Propriedades mecânicasPropriedades mecânicas
NanoindentadNanoindentadoror
Tribologia
R. Superfine et al., NatureR. Superfine et al., Nature 397 (1999) 236397 (1999) 236
Nanotubos: EstruturaNanotubos: Estrutura
Vetor chiral (perpendicular ao eixo do tubo):
CChh = naa1 1 + maa22
Folha de grafenoFolha de grafeno
aa22
CChh
aa11
Propriedades elétricasPropriedades elétricas
semicondutores metálicos
Propriedades elétricasPropriedades elétricas
Relações de dispersão para três tipos de nanotubos:a) (5,5) armchair b) (9,0) zigzag c) (10,0) zigzag
A energia do gap ~ 1/d, onde d é o diâmetro do tubo.
Estadosocupados
Propriedades elétricasPropriedades 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
NanotubosNanotubos
Densidade de Densidade de corrente corrente
101077 - 10 - 1099 A/cm A/cm22 ~ três ordens de ~ três ordens de grandeza maior que no cobregrandeza maior que no cobre
Condutividade Condutividade TérmicaTérmica
1750-5800 WmK ~ comparável a do 1750-5800 WmK ~ comparável a do diamantediamante
Young Young Modulus Modulus
1 – 1.2 TPa, superior a do diamante1 – 1.2 TPa, superior a do diamante
Propriedades elétricasPropriedades 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.
C. Lieber et. al. Nature 391 (1998) 62
Propriedades elétricasPropriedades elétricas
Condutância normalizada (V/I) (dI/dV) e curva I-V (inset) medida nos pontos indicados nas imagesn de STM
Propriedades elétricasPropriedades elétricas
Propriedades elétricasPropriedades elétricas
Imagem de nanotubo semicondutor isolado em uma superfície de Au, condutância,e gap de energia em função do diâmetro do tubo.
TeoriTeoriaa
Dados STMDados STM
Propriedades elétricasPropriedades elétricas
R.E. Smaley et al. Nature 391 (1998) 59