- Introdução: Interdisciplinaridade e novas fronteiras
- Nanotubos de carbono.
- Microscopias de Ponta de Prova: fundamentos e
aplicações
-AFM
-STM
-MEMS, NEMS e Nanotribologia.
Nanotubos de carbono:
. Introdução
. Produção
. Purificação
. Propriedades
. Potenciais Aplicações
C-C sp2  distância interatômica: 1.42 Å
Grafite  distância interplanar: 3.35 Å
Diamante:
carbono sp3
C60 :
Carbono sp2
- 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 405.480 (1889)
fibras de carbono
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
Paredes múltiplas
(MWNT)
Parede simples
Single wall (SWNT)
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.
Nanotubos: Estrutura
Folha de grafeno
Ch
a1
a2
Vetor chiral (perpendicular ao eixo
do tubo:
Ch = na1 + ma2
a1 = a3/2 x + a/2 y
a2 = a3/2 x - a/2 y , com a = 2.46 Å
cos  = ângulo entre o vetor chiral e a direção zig-zag
Nanotubos: Estrutura
diâmetro do nanotubo:
d = a 3 (m2 + mn + n2 )1/2 / 
Com a  1.42 Å (grafite) < a < 1.44 Å (C60)
ângulo chiral  = 0,
 = ± 30,
(m,n) = (p,0) zigzag
(m,n) = (2p,-p) ou (p,p) armchair
p é um número inteiro
Nanotubos: Estrutura
Imagem de STM de dois nanotubos chirais
Nanotubos: Estrutura
Nanotubos: semicondutores e metálicos
Singularidades de Van Hove
Nanotubos paredes múltiplas: abertos ou fechados?
A= pentágono
e
B = heptágono
Produção de Nanotubos de carbono
. Arco catódico
. Ablação por laser
. Deposição Química na Fase Vapor (CVD)
. Pirólise
. Eletrólise
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.
Arco Catódico
Gás: He
Pressão: 400-700 torr
Voltagem DC: 20-30 V
Corrente: 50-100 A
Distância entre anodo e catodo
menor que 1 mm
Crescimento dos nanotubos
C2 é responsável pela formação dos MWNT
Catalizadores metálicos: SWNT
Misturas de Ni-Y : 90% SWNT com raio médio de 1.4 nm
C. Journet et al. , Nature 388(1997) 756
metal
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.
Ablação por laser
Gás: Argônio
Temperatura: 800-1200oC
DC-PECVD
catalisador: filmes finos de Ni tratados térmicamente
Influência da espessura do filme catalisador
Influência da temperatura
Influência da tensão de polarização
Nanotubos multi-wall alinhados
Mecanismo de crescimento
na superfície: C2H2  2C + H2
Mecanismos de crescimento
Difusão no volume
Mecanismos de crescimento
Difusão superficial
Carbono difunde ao longo dos planos (100) do Fe e cristaliza no lado
oposto do grão catalisador.
HREM
Mecanismos de crescimento
Difusão no volume
Microwave- PECVD
Hot Filament -PECVD
Eletrólise
Nanotubos alinhados
M. Terrones, Nature 388(1998) 53.
Laser Nd:YAG ( 266nm)
Co/
silica
Nanopartículas de Co
M. Terrones, Nature 388(1998) 53.
SEM images
imagem TEM
Distância entre planos 3. 4 Å
Processos Homogênos: Spray-pirólise
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
Métodos de Purificação
. Oxidação na fase líquida
. Oxidação na fase vapor
. Filtração
. Cromatografia
Objetivos: remover o catalisador (ácidos)
remover o carbono amorfo (oxidação)
Partícula metálica removida
Estabilidade dos nanotubos x C60
Partículas metálicas