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
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Referências:
- M. Terrones, Ann. Rev. Mater. Res. 33 (2003) 419
- MRS Bulletin de abril de 2004
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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
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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
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Raman em materiais à base de carbonoRaman em materiais à base de carbono
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~ 100/500 K~ 100/500 K
APL 84 (04) 271APL 84 (04) 271
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Fe
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EletróliseEletrólise
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Processos Homogênos: Spray-pirólise
Fluxo Fluxo horizontalhorizontal
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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
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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
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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)
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Estabilidade dos nanotubos x C60
Partículas metálicas
Partícula metálica removidaPartícula metálica removida
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Diluição e cromatografia
Nanotubos isolados euso de propriedades físico-químicas
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Fe
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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.
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Propriedades mecânicasPropriedades mecânicas
NanoindentadNanoindentadoror
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Tribologia
R. Superfine et al., NatureR. Superfine et al., Nature 397 (1999) 236397 (1999) 236
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Nanotubos: EstruturaNanotubos: Estrutura
Vetor chiral (perpendicular ao eixo do tubo):
CChh = naa1 1 + maa22
Folha de grafenoFolha de grafeno
aa22
CChh
aa11
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Propriedades elétricasPropriedades elétricas
semicondutores metálicos
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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
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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
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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
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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.
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C. Lieber et. al. Nature 391 (1998) 62
Propriedades elétricasPropriedades elétricas
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Condutância normalizada (V/I) (dI/dV) e curva I-V (inset) medida nos pontos indicados nas imagesn de STM
Propriedades elétricasPropriedades elétricas
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Propriedades elétricasPropriedades elétricas
Imagem de nanotubo semicondutor isolado em uma superfície de Au, condutância,e gap de energia em função do diâmetro do tubo.
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TeoriTeoriaa
Dados STMDados STM
Propriedades elétricasPropriedades elétricas
R.E. Smaley et al. Nature 391 (1998) 59