p (Phys.org) - Pesquisadores do NIST Center for Nanoscale Science and Technology e da Arizona State University usaram um microscópio eletrônico de transmissão de varredura ambiental (ESTEM) para controlar o tamanho e a colocação de nanopartículas de ferro para catalisar o crescimento de nanotubos de carbono em um substrato de óxido de silício. A síntese em grande escala de nanotubos de carbono para monitores de emissão de campo de baixo custo (FEDs) requer um controle rigoroso do comprimento do nanotubo, diâmetro, e densidade de superfície. p Usando o ESTEM, os pesquisadores foram capazes de visualizar a colocação das nanopartículas do catalisador e o crescimento dos nanotubos em tempo real. Eles testaram a hipótese de que o diâmetro dos nanotubos de carbono é dependente do tamanho das partículas do catalisador, depositando nanopartículas do catalisador de ferro de diferentes tamanhos e densidades em um substrato usando o feixe de elétrons do microscópio para induzir a dissociação dos precursores do catalisador contendo ferro. Eles descobriram que uma série de fatores controlam o tamanho e a atividade catalítica das nanopartículas para o crescimento dos nanotubos, incluindo a escolha do precursor (ferroceno ou diiron nonacarbonil), a temperatura do substrato, o tempo de residência do precursor no substrato, e a energia do feixe de elétrons. Eles foram capazes de usar o tempo de deposição para controlar o tamanho da partícula e a posição do feixe de elétrons para controlar a localização das partículas de catalisador na superfície do substrato.

p Eles também descobriram que a atividade catalítica das partículas de ferro para o crescimento do tubo depende da quantidade de carbono co-depositado com o ferro durante o processo de deposição induzida por feixe de elétrons, porque o carbono co-depositado forma conchas grafíticas ao redor das partículas de ferro. Essas conchas tornaram as partículas quimicamente inativas para induzir o crescimento do nanotubo de carbono. Este problema foi resolvido para o precursor diiron nonacarbonil aumentando a temperatura do substrato para 100 ° C, que reduziu a quantidade de carbono co-depositado. Uma vez que o aquecimento do substrato não afetou os níveis de carbono co-depositados nas amostras de ferroceno, diiron nonacarbonyl parece ser mais adequado como um precursor catalítico para o crescimento controlado de nanotubos de carbono. Os pesquisadores acreditam que esses resultados ajudarão na criação de substratos com nanotubos de carbono em tamanhos e densidades de superfície apropriados para uso em FEDs.