Orientador: Fernando Alvarez

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: Dado o interesse nas propriedades e aplicações dos nanotubos de carbono devidas às suas características morfológicas, este trabalho tem como objetivo principal o estudo da influência do substrato no crescimento dos nanotubos de carbono. Com este objetivo em mente foram preparados filmes de...

Resumo: Dado o interesse nas propriedades e aplicações dos nanotubos de carbono devidas às suas características morfológicas, este trabalho tem como objetivo principal o estudo da influência do substrato no crescimento dos nanotubos de carbono. Com este objetivo em mente foram preparados filmes de nitreto de titânio, com o intuito de ser usados como suporte para a deposição dos nanotubos de carbono. Os nanotubos foram crescidos por decomposição térmica de acetileno, usando partículas de níquel como precursor catalisador. Os filmes finos não estequiométricos de TiNx foram depositados sobre silício cristalino utilizando a técnica de Deposição por Feixe de Íons (IBD). Análise composicional dos substratos mostrou a presença de Ti, N e O. Distintas concentrações destes elementos permitiram a variação na estrutura e dureza dos substratos. Nos filmes bem caracterizados, partículas de níquel e nanotubos de carbono foram crescidos sequencialmente. Os carpetes de nanotubos obtidos no substrato mostraram diferentes densidades populacionais (nanotubos por unidade de área) e diâmetro. Este comportamento está associado com a presença do oxigênio, elemento que inibe o fenômeno conhecido como Ostwald ripening. O efeito de Ostwald ripening55 causa a coalescência do níquel formando partículas maiores a expensas das menores, um estado final mais favoravelmente energético. A presença do oxigênio impede a difusão do níquel na superfície, interferindo no processo de coalescência. Consequentemente, uma grande densidade de partículas catalisadoras por unidade de área é mantida levando a maior densidade de nanotubos assim como modificações morfológicas das nanoestruturas. Portanto, estes resultados indicaram que filmes finos de TiNx, além de atuar como barreira difusora entre as partículas catalisadoras e o substrato de silício, também influencia a cinética dos nanotubos de carbono

Abstract: Given the increasing interest in the properties and applications of carbon nanotubes due to their morphological characteristics, this work has as main objective the study of the influence of substrate on the growth properties of carbon nanotubes. With this main goal in mind were first...

Abstract: Given the increasing interest in the properties and applications of carbon nanotubes due to their morphological characteristics, this work has as main objective the study of the influence of substrate on the growth properties of carbon nanotubes. With this main goal in mind were first prepared titanium nitride films in order to be used as substrate support for carbon nanotubes deposition. The nanotubes were growth by thermal decomposition of acetylene using nickel particles as catalyst precursors. The thin films non-stoichiometric TiNx were deposited on crystalline silicon by ion beam deposition (IBD) technique. Compositional analysis of the substrates showed the presence of Ti, N and O. The different concentrations of these elements led to the variation in the structure and hardness of the coating. On the well characterized substrate coating, nickel particles and nanotubes growth were sequentially deposited. The quite well organized carpets of nanotubes obtained on the substrate show different population density (nanotubes per unit of area) and diameter. This behavior is associated with the presence of oxygen, element inhibiting the phenomenon known as ¿Ostwald ripening?. The Ostwald ripening effect55 causes the coalescence of nickel by forming bigger nickel particles at expenses of smaller ones, a more energetic favorable final state. The presence of oxygen prevents the nickel surface diffusion and thus interfering on the coalescence process. Consequently, a larger density of relatively small catalyst nickel islands per unit of area is preserved leading to higher nanotubes density as well as morphology modifications of the nano structures. Therefore, these results indicate that thin films of TiNx, besides acting as diffusion barrier between the catalyst particles and the silicon substrate also influences the kinetics of growth of carbon nanotubes