Estudo da interação de nanotubos de carbono com substrato de quartzo cristalino.

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

24/03/2011

RESUMO

Os nanotubos de carbono parede única (SWNTs) são estruturas quasi-unidimensional que podem ser descritos como uma folha de grafeno enrolada na forma de um cilindro. Devido à sua relação de aspecto entre volume e superfície, SWNTs são fortemente afetados por mudanças ambientais. O contato com o substrato modifica as propriedades do nanotubo de carbono, e tais interações estão sendo estudadas tanto como um problema ou uma solução para o desenvolvimento da nanotecnologia baseada em nanotubo. Pesquisadores tèm estudado a interação de SWNT com diferentes substratos, e o substrato de quartzo foi identificado como um substrato promissor para o crescimento de SWNTs com estruturas complexas. Recentemente, combinando superfície e crescimento direcionado foi possível realizar a formação controlada de serpentinas de nanotubos de carbono de parede única na superfície de quartzo cristalino. Neste trabalho investigamos as propriedades dessas serpentinas de SWNTs através de medidas de espalhamento Raman, para obter informação sobre a interação de nanotubos de carbono com o substrato de quartzo. O efeito de interação entre o nanotubo e o substrato pode ser modulado e medido ao longo do mesmo nanotubo, como apresentaremos neste trabalho. Primeiramente estudamos os espectros do modo de respiração radial (RBM) das serpentinas de SWNT e mostramos que o substrato cristalino afeta fortemente tanto a frequência do RBM quanto as energias de ressonância, quando comparados com outras amostras. Com isso, apresentaremos o gráfico de Kataura para nanotubos de carbono em tais substratos. Continuando nosso estudo do sistema SWNT-substrato, observamos que o espectro Raman de serpentinas de SWNT depende da morfologia entre o tubo e o substrato, e encontramos três casos. Em alguns casos, esse sistema apresenta um mistura de comportamento metálico e semicondutor, dependente da orientação entre o nanotubo e o substrato. Microscopia de força elétrica e calculos ab initio mostraram que as propriedades ao longo de um único SWNT são moduladas através de interação entre o SWNT e o substrato, corroborando nossos resultados de espectroscopia Raman. Os principais efeitos físicos que precisam ser revelados e estudados nesse sistema tubo-substrato são deformação mecânica e transferência de carga, e como esses efeitos variam quando mudamos a orientação entre o nanotubo e as ranhuras da superfície de quartzo. A deformação mecânica não depende apenas da interação entre o SWNT e o substrato, mas também da dinâmica do processo iii de formação da serpentina, a qual envolve uma competição entre a interação tubo-superfície e as forças de arraste relacionadas ao fluxo de gás. Outro ponto abordado neste trabalho foi o estudo de SWNTs sob perturbações externas. Utilizando um sistema que combina espectroscopia Raman confocal e nanomanipulação por uma sonda de microscopia de força atômica, mostramos que a frequência da banda G não apresenta grande variação no ponto onde o tubo foi arrastado, no entanto, essa variação aumenta a partir do ponto de arraste e, após alguns microns, ela volta abruptamente ao mesmo valor de antes do nanotubo ser nanomanipulado. Esse resultado mostra que alguma imperfeição no substrato segurou fortemente esse tubo nessa região, criando um ponto fixo que impede a propagação da variação da frequência. Observamos também que quando arrastamos o tubo em um ponto específico, mudamos a interação entre o SWNT e o substrato, mas o tubo se move apenas no ponto onde ele foi arrastado, confirmando assim a forte interação eletrônica entre os SWNTs e o substrato de quartzo.

ASSUNTO(S)

física teses. nanotubos de carbono de parede única espectroscopia de raman teses microscopia eletrônica de varredura. microscopia de força atômica. microscopia de força elétrica

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