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