Nanotubs de Carboni

1
Nanotubs de Carboni

• Núria Ferrer Anglada
• Departament de Física Aplicada
• Abril 2005

2
Índex

• 1. qué son els Nanotubs de Carboni (CNT)
• 2. obtenció síntesi, purificació
• 3.identificació, caracterització
• 4. Propietats - mecàniques
• -
  electròniques
• 5. Nanocomposites amb CNT
• 6. Aplicacions - dispositius electrònics
  - acumuladors de Hidrògen
  - actuadors, muscles
  artificials
• 7. qué falta? el futur en la recerca dels CNT

3
Nanotubs de Carboni, CNT1. Qué son?

• Una forma de Carboni en estat sòlid
• nova?
• Sassemblen al grafit (conductor elèctric)
  o al diamant (aïllant)?

4
Història dels CNT

• longitud microns
• diàmetre 1-30 nm C60
• entre-capes 0.34 nm
  C70
• 1985, fullerens C60
  
• 1991 Multi-walled carbonnanotubes, by Iijima
  (Nature 354, 56 (1991)).
• 1993 Single-wall carbon nanotubes by Iijima,
  Bethune, et al.
• 2001 Single crystals of single-walled carbon
  nanotubes (R. R. Schlittler et. al.,
  Science, 292, 1136, 2001).

5
2. Obtenció

• síntesi
• arc de carbó, CA
• ablació amb làser, LA
• deposició catalítica en fase vapor, CCVD
• Purificació
• cromatografia líquida, per seleccionar longituts

6
3. Identificació, caracterització

• SEM, TEM, AFM
• difracció de raigs X
• absorció òptica
• Raman
• Termogravimetria, TGA

7
4. Propietats mecàniques

• Mesura del mòdul de Young dun sol nanotub
• Y 0.6 T Pa (utilitzant AFM)

8
5. Nanocomposites amb CNT

• Perquè?
• Per les originals propietats dels CNT
• Mecàniques Y 1 2 TPa
• Elèctriques s 2000 S/cm
• Tèrmiques conductivitat gran, 6000W/mK
• coeficient de dilatació (CTE)
  petit

9
Materials for electronic packaging

• Must support a big density current (200W/m2)
• - dissipating the heat
• - avoiding expansion, contacting silicon much
  easier than metallic copper.
• Properties -high electrical conductivity (low
  electrical resistivity )
• -high thermal conductivity
• -low CTE (Termal Expansion)

10

Nanotubs de Carboni Cu

SWNT Cu r (RT) 0.08mWcm 1,67mWcm
recorregut lliure mig l 10 m m
0.04 m m CTE -1.5 ppm/K (diàmetre) 17-18
ppm/K 7.5 ppm/K (cte. xarxa)
11
a) transparent CNT network, b)
CNT-Polyaniline, c) CNT-PPy PTS network, d)
CNT-PPy PF6
AFM
Polypirrole (Ppy) or Polyaniline (PA) have been
obtained on a thin network of SWCNT on glass or
quartz.

• .

12
a) CNT composites where we can see the radial
breathing mode (RBM) below 300nm and the
high-energy modes (HEM) near 1590nm. Raman
spectra of thin networks of CNT-PPy PF6,
obtained at b) density current j0,15 mA/cm2
t10 min. c), d), e) lower density current
(j0,05 mA/cm2) t12 min..
Raman Spectroscopy
13
Raman Spectroscopytransparent CNT networks

• a) CNT composites where we can see the radial
  breathing mode (RBM) below 300nm and the
  high-energy modes (HEM) near 1590nm.
• Raman spectra of thin networks of CNT-PPy PF6,
  obtained at
• b) density current j0,15 mA/cm2 t10 min
• c), d), e) j0,05 mA/cm2) t12 min.
• We can see the characteristic bands from doped
  PPy.

14
TRANSPARENT CONDUCTING THIN FILMS BASED ON
SWCNT-Conducting Polymer CNT-PA , CNT-PPy

• TABLE 2. Electrical Resistance of representative
  films CNT-polypirrole

15
TRANSPARENT CONDUCTING THIN FILMS CNT-PPy
Electrical Resistance per square Rsq ,
conductivity s (estimated using 150 nm as film
thickness) and transparency T, density current
j, deposition time t.
16
Propietats electròniques

• metàl.lics, quan (n-m) 3p, (p sencer)
• semiconductors
• lamplada del gap es pot variar, deformant
  elípticament el nanotub (webster.ncnr.nist.gov/s
  taff//taner/nanotube/bandgap.html)

17
Tunable Adsorption on Carbon Nanotubes" (Phys.
Rev. Lett. 87 , 116802 (2001). )

• La densitat de càrrega dels e a la banda de
  conducció canvia amb la deformació elíptica,
• podem sintonitzar les propietats
• transició metall-aïllant variable i reversible

18
6. Aplicacions

• Dispositius electrònics
• displays
• emmagatzemar H
• sensors
• muscles artificials
• nanocomposites

19
7. Qué falta?

• repetitivitat
• Manipulació separació dels CNT metal.lics i
  semiconductors
• Control de les propietats, dels procesos
• ...
• Qué es pot fer?
• copiar la natura
• self-assembling

20
Col.laboradors

• MPI fkf, Stuttgart
• U.Dettlaff-Veglikovska
• M. Kaempgen
• V. Skákálova
• S. Roth
• and all others in the group
• Department de Física Aplicada, UPC
• V. Gomis David Bellver
• J.A. Gorri Lina Kossykh
• A. Albareda B. Movaghar