Sintesi di Nanotubi di Carbonio

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3 Sintesi di Nanotubi di Carbonio Arc Discharge Laser Ablation Chemical Vapor Deposition (CVD)

4 Arc Discharge

5 Arc Discharge Single wall ottenibili mediante catalizzatori Pochi difetti; nel caso dei multi-wall il processo non è troppo costoso tubi corti (~10 μm), intrecciati

6 Laser ablation Tecnica per produrre single-wall; pochi difetti Molto costosa rispetto agli altri metodi

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8 Chemical Vapor Deposition (CVD)

9 Chemical Vapor Deposition (CVD) Catalizzatore scaldato alte T, quando si scende a T ambiente si ha crescita sul catalizzatore Tipici catalizzatori: nanoparticelle di metalli di transizione (ferro, nichel, cobalto) su un substrato poroso (allumina, silice) Single-wall: metano Multi-wall: etilene, acetilene C

10 Chemical Vapor Deposition (CVD) Si ha il meccanismo base growth quando l interazione metallo/substrato è forte Il tip growth porta all aggregazione di nanoparticelle e quindi è meno puro Il base-growth è più efficiente e puro

11 Chemical Vapor Deposition (CVD) Bassa energia Possibile produzione di massa Più ordinati Maggior controllo dei parametri di crescita Molti difetti

12 Chemical Vapor Deposition (CVD) La CVD a T C permette la formazione di single-wall A queste T il metano si scompone meno facilmente degli altri idrocarburi, favorendo la reazione catalitica

13 Single Wall CVD Catalizzatore: Fe/Mo Substrato: gel alumina/silica

14 Nanotubi allineati

15 Crescita direzionata Pilastri di silicio (substrato) ottenuti per litografia Precursore catalitico in fase liquida Calcinazione formazione di una struttura porosa del cloruro di ferro, che fa da catalizzatore Tendono a formarsi tra pilastro e pilastro

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17 Singolo filamento

18 Caps

19 Sintesi di Nanotubi Vantaggi Arc Discharge Laser Ablation CVD - Pochi difetti di struttura - Senza catalizzatore è abbastanza economica Pochi difetti - Produzione su scala più larga - Controllabili lunghezza e diametro - Più ordine Svantaggi Tubi corti e non orientati - Molto costosa - Tubi non orientati - Molti difetti - SW difficili

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21 Sintesi di Grafene Esfoliazione a secco Crescita Esfoliazione in fase liquida

22 Sintesi di Grafene

23 Esfoliazione a secco Micromechanical Cleavage Anodic Bonding Laser Ablation

24 Micromechanical cleavage Buona qualità Piccola scala

25 Anodic Bonding Laser Ablation

26 Crescita Possono crescere fogli anche molto grandi (fino a 1 cm quadro) Crescita su un substrato dispositivi

27 Crescita su SiC Il SiC, scaldato oltre 1000 C, grafitizza per sublimazione del Si (in ultra alto vuoto) 30% dei carboni sono legati al Si non mantengono le proprietà elettroniche del grafene

28 Crescita su metallo per deposito Precipitazione da metalli di transizione (solvente) sovrasaturo Come substrato preferibili metalli che non formano carburi

29 Liquid Phase Exfoliation Dispersione nella fase liquida Esfoliazione Purificazione

30 Liquid Phase Exfoliation Sospensioni ideali: minimizzano la tensione interfacciale tra il liquido ed il grafene Tensione superficiale ~ 40 mn/m Sonicazione

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32 Liquid Phase Exfoliation Purificazione Ultracentrifugazione: differenziale a densità di gradiente

33 Esfoliazione di ossidi di grafene Trattamento con acidi forti Si riducono gli ossidi di grafene (trattamenti chimici, riduzione termica o trattamento UV)

34 Esfoliazione di ossidi di grafene

35 Esfoliazione di grafite intercalata Intercalazione per diffusione da vapore (alta pressione di vapore), a volte con step molteplici. Molto spazio tra i layer facile esfoliazione in fase liquida (K, Rb, Cs 0,53 0,59 nm) Non richiede sonicazione

36 Sintesi di Grafene Esfoliazione a secco Crescita LPE Substrato Sì Sì No Vantaggi - Ottima qualità - Medie dimensioni -Grandi dimensioni - Produzione su scala più larga Svantaggi Piccole dimensioni, non applicabile su larga scala Non ha sempre le proprietà elettroniche del grafene - Minore qualità - Necessita purificazione

37 Bibliografia e sitografia Hongjie Dai, Nanotube Growth and Characterization Jean-Christophe Charlier and Sumio Iijima Growth Mechanisms of Carbon Nanotubes Sungjin Park and Rodney S. Ruoff Chemical methods for the production of graphenes nature nanotechnology, 29 Marzo 2009 Francesco Bonaccorso, Antonio Lombardo, Tawfique Hasan, Zhipei Sun, Luigi Colombo, Andrea C. Ferrari Production and processing of graphene and 2d crystals Materials Today, Dicembre

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