Síntese e caracterização de nanotubos de carbono obtidos por CVD

Abstract

Os nanotubos de carbono (CNTs) apresentam uma estrutura composta por uma ou mais folhas de grafeno enroladas, formando uma estrutura cilíndrica. Estes alótropos de carbono são particularmente interessantes, não só do ponto de vista científico, mas também devido às suas propriedades únicas. Nas duas últimas décadas, os nanotubos de carbono têm sido uma das famílias de materiais nanoestruturados mais estudadas pela comunidade científica. Neste trabalho é apresentado um levantamento da produção científica em Portugal na área dos CNTs, a qual foi comparada com a produção mundial. A realização deste estudo preliminar, inédito a nível nacional, permitiu uma melhor compreensão do trabalho experimental. A síntese dos CNTs é feita com recurso à técnica de deposição química em fase de vapor num reactor de CVD feito por encomenda. Assim, mostra-se como produzir conjuntos de CNTs, com poucas paredes e alinhados verticalmente com a superfície do substrato, através de um método que apenas requer um fluxo de gases: etileno e hidrogénio a passarem por um filme de ferro a altas temperaturas. Estudou-se a influência dos seguintes parâmetros: concentração relativa do etileno e hidrogénio, fluxo total, temperatura e tempo de deposição no crescimento dos CNTs. A sua caracterização foi realizada com recurso às técnicas de elipsometria, microscopia de força atómica, microscopia electrónica, espectroscopia de Raman e termogravimetria.

Carbon nanotubes (CNTs) are hollow cylinders made of rolled-up graphene sheets. These carbon allotropes are particularly interesting not only from a fundamental science perspective but also due to their exquisite properties. For the last two decades CNTs have been one of the most studied families of nanostructured materials. In this work, a survey of the Portuguese scientific output of the field is presented and compared to the worldwide panorama. This preliminary study, unprecedented at a national level, allows for a better understanding of the experimental work presented. Here, the synthesis and characterization of CNTs by thermal chemical vapour deposition was achieved in a custom-made furnace. It is shown how to produce vertically-aligned mats of few-walled CNTs using a simple procedure that requires only a flow of ethylene and hydrogen gases passing on a film of Fe at high temperature. We studied the influence of the CNTs growth parameters, such as, the relative concentration of ethylene and hydrogen, total flow, temperature and deposition time. The CNTs were characterized by ellipsometry, atomic force microscopy, scanning electronic microscopy, transmission electronic microscopy, Raman spectroscopy and thermogravimetric analysis.