Sintesi e caratterizzazione di nanotubi di carbonio

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Sintesi e caratterizzazione di nanotubi di carbonio

  1. 1. Agati Marta Scandurra SimoneDott.ssa Silvia Scalese Scarangella Adriana
  2. 2. CNTs Forme allotropiche del carbonio MWCNTs SWCNTs•Nanostrutture 1D formate dada più piani di grafite arrotolati unosp²) avvolto sucon Nanostrutture 1D formate un foglio di grafite (ibridizzazione dentro l’altro, se stesso a forma di cilindro > 10 nm.direzione del vettore chirale diametro esterno tipico lungo la Diamante Grafite •Russian doll model Ch = na1 + ma2 • diametro ~nm •Lunghezza ~micron Diversi valori di n ed m danno vita a •Parchment model CNTs con diverse strutture morfologiche.
  3. 3. CNTs Struttura delle bande elettroniche Grafene CNTsBanda di valenza e banda di conduzione si intersecano in sei punti dello spazioreciproco Semiconduttore a band gap= 0 o semimetallo CNT metallico n=m n-m=3*(intero)
  4. 4. CNTs Proprietà• Conducibilità elettrica• Conducibilità termica • SWCNTs: 3500 W/(m·K) a RT • MWCNTs: 3000 W/(m·K) a RT• Resistenza meccanica • SWCNTs: Y = 1 Tpa (grafite) • MWCNTs: Y =1-2 TPa• Adsorbimento di gas e capillarità• Reattività chimica
  5. 5. CNTs Applicazioni• Applicazioni microelettroniche Circuiti integrati flessibili dielettrica Transistoraorizzontali Materiali verticalicostante bassa• Applicazioni sensoristiche (biosensori e sensori di gas)• Display e emettitori di elettroni (microscopia elettronica).
  6. 6. Tecniche di Sintesi• Ablazione laser Tecnica costosa, pochi difetti, creazione di SWCNT, dimensioni abbastanza controllate, no crescita su substrati• CVD Tecnica meno costosa, molti difetti a causa delle temp basse, dimensioni controllate, necessita di catalizzatori sia per SWNT che per MWNT, crescita su substrati• Radio Frequency Magnetron sputtering Strutture diverse a seconda della temp del plasma e del gas di sputter, dimensioni controllate, molti difetti, necessita di catalizzatori, crescita su substrati•Scarica ad arco in vuoto (He, Ar)•Scarica ad arco in liquido ( H2O, N2 liquido) Tecniche poco costose, pochi difetti a causa delle temp alte, dimensioni parzialmente controllate, necessita di catalizzatori solo per SWCNTs, no crescita su substrati
  7. 7. Tipi di Crescita mediante catalizzatori ROOT TIP Il gas di C si deposita intorno al Il gas di C che arriva e si deposita catalizzatore, formando un guscio sul catalizzatore diffonde in su di esso e cresce, lasciando il esso, fino a saturazione  metallo alla base. precipitazione all’esterno: il C si lega al substrato, trascinando verso l’alto il catalizzatore.Le dimensioni dei diametri dei CNT cresciuti e il loro tipo (SWCNTs, MWCNTs)dipendono dalle dimensioni del catalizzatore
  8. 8. La nostra esperienza Sintesi di CNT Parametri mantenuti costanti: • Dimensione elettrodi anodo 5 mm catodo 10 mm • Corrente di scarica ~ 80 A • Tensione elettrodi ~ 25 V • Tempo di scarica 55s-90s
  9. 9. La nostra esperienza Caratterizzazione dei CNTSorgente di elettroni ditipo Schottky(fieldemission)
  10. 10. Morfologia del campioneTramite scarica ad arco in liquido non si formano solo CNT, ma anche strutturesferiche, poliedriche o amorfe nelle regioni del catodo dove la temperatura è piùbassa. Strutture colonnari CNT (regione centrale, più calda) CNT circondatiarrotolati Piani di grafite da strutture Piani di grafite poliedriche, tra le quali i Piani di grafite carbon onions
  11. 11. Analisi dati Misura della distanzaSoftware: Gatan interplanare mediante FFT Misura del diametro Misura della distanza interno ed esterno interplanare e del numero di wall mediante profilometria
  12. 12. Confronto diametri SEM
  13. 13. Confronto diametri TEMPossibile presenza di catenalineare di Carbonio
  14. 14. Double walls
  15. 15. CNT cupChiusurasimultanea deiCNT Chiusura simultanea dei CNT I CNT sintentizzati tramite scarica ad arco in liquido non sono puliti
  16. 16. Conclusioni • I CNTs ottenuti tramite scarica ad arco in liquido non sono puliti e sono aggrovigliati: necessitano di processi di purificazione prima dell’utilizzo nelle varie applicazioni. • Non abbiamo osservato SWCNTs. •Dalle analisi SEM e TEM si evince che:  LN2 : presenza di regioni con CNT, regioni con poliedri e sfere, ma no piani grafitici; diam interni anche <1nm; diam esterni variabili; cup simmetriche, con poche eccezioni; chiusura simultanea delle pareti, con poche eccezioni; presenza di catene liineari. H2O deion. + Ni: presenza di regioni con CNT, regioni con poliedri e regioni con piani grafitici; cup prevalentemente asimmetriche con chiusura non simultanea delle pareti interne (probabile causa: la presenza di Ni determina delle deformazioni della struttura• Le differenze morfologiche osservate esagonale del grafene); diam esterni variabili nei tre campioni dipendono (da 8 a 30 nm). prevalentemente dall’ambiente di H2O deion. + Ni+ considerazioni analoghe sintesi dei CNTs. al caso precedente.
  17. 17. Bibliografia S. Scalese, Sintesi e caratterizzazione di nanotubi di carbonio The Wondrous World of Carbon Nanotubes, M. Daenen, R.D de Fouw, B. Hamers, P. G. A. Janssen, K. Schouteden, M. A. J. Veld.Grazie j. H. Lehman, M. Terrones, E. Mansfield, K. E. Hurst, V. Meunier. Evaluating the characteristics of multiwall carbon nanotubes, Carbon 49 (2011): 2581-2602. E. G. Gamaly, T. W. Ebbsen. Mechanism of formation in the arc discharge, Physical Review B Vol.52, n.3 (1995). V. Scuderi, S. Scalese, S. Bagiante, G. Compagnini, L. D’Urso, V. Privitera. Direct observation of the formation of linear C chain/carbon nanotube hybrid systems, Carbon 47 (2009): 2112-2142. Carbon Nanotubes, Vibin Varghese 10CHE6012 SJC(PG), presentazione power point

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