Estudo do ambiente de crescimento de filmes nanoestruturados de diamante / Diamond nanostructures growth

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Atualmente o estudo do ambiente de crescimento de nanoestruturas de diamante tem sido assunto de grande interesse científico. O maior avanço alcançado nesta área foi obtido através da inserção de um gás inerte nas condições típicas de crescimento de diamante microcristalino (MCD). Com a inserção deste novo gás o ambiente de crescimento é consideravelmente modificado, proporcionando assim um controle do tamanho do grão de diamante depositado. Apesar da utilização de um gás inerte estar sendo amplamente disseminada e projetada no desenvolvimento de muitas aplicações, as mudanças nos processos físico-químicos que este novo gás acarreta durante o processo de deposição ainda não se encontram bem compreendidas. A pergunta do porque o diamante nanocristalino (NCD) cresce nesta circunstância é atualmente assunto de intensas discussões na comunidade científica e esta tese foi elaborada em torno deste importante tema. Para se obter maiores esclarecimentos sobre esta questão, a comparação entre os resultados obtidos através de experimentos e simulação computacional de um ambiente de crescimento com e sem um gás inerte é indispensável. Nesta tese, na primeira parte, é realizada uma revisão a respeito do crescimento do MCD (sem a adição de um gás inerte), da influência da adição de um gás inerte neste ambiente e dos modelos de crescimento de diamante. Na segunda parte, experimentos são desenvolvidos com a finalidade de se estudar dois dos parâmetros fundamentais para se entender o processo físico-químico básico de crescimento destes filmes: a dependência da temperatura do substrato e a dependência da concentração de carbono na mistura gasosa. Na terceira parte, no intuito de se entender melhor as reações químicas envolvidas na fase gasosa, o pacote computacional CHEMKIM é usado para simular os experimentos realizados. Finalizando, é feita uma comparação entre os resultados experimentais e os simulados computacionalmente. Os resultados obtidos por esta tese revelam que o mecanismo de crescimento do NCD é o mesmo do MCD, porém, com uma maior competição entre as fases de crescimento do carbono sp^3 (diamante) e sp^2 (grafite). Em condições com alta concentração de gás inerte, onde é possível obter grãos ultrananocristalino, a competição parece ser tão elevada que o processo de ativação (que têm dependência com a temperatura) favorece o crescimento da fase sp^2 em detrimento da fase sp^3, principalmente em altas temperaturas.

ASSUNTO(S)

diamante nanoestruturas energia de ativação deposição química a partir da fase vapor simulação computacional diamond nanostructures activation energy chemical vapor deposition computational simulation

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