Presentación de artículo científico

1. FORMIATO DE NÍQUEL COMO
RUTA PARA EL CRECIMIENTO
DE NANOTUBOS DE CARBONO
Junfeng Geng, Hongwei Li, Vladimir B. Golovko, Douglas
S. Shephard,
David A. Jefferson, and Brian F. G. Johnson*
Stephan Hofmann, Britta Kleinsorge, and John
Robertson
Caterina Ducati

2. INTRODUCCIÓN

3. NANOTUBOS
DE CARBONO
(CNT)
- Estructura atómica
única,
- Gran área de
superficie y relación
de aspecto
- Excelente inercia
química y fuerza
mecánica
Deposición
química en
fase de
vapor: (CVD)
CVD mejorado
con plasma
(PECVD)
Ofrecen
crecimiento
controlado
ligado a la
superficie sobre
el plano de los
sustratos
La preparación
del
catalizador
es esencial
debido a que
el crecimiento
se produce en
la interfase
del
catalizador y
el vapor.
La formación de
una capa de
catalizador
activo y uniforme
es un paso
crítico en el
éxito proceso CVD
unido a la
Técnicas de
crecimiento

4. Deposicióndel
catalizador
Método físico
Evaporación térmica o
pulverización catódica, genera
película metálica delgada
homogénea, en etapa de
crecimiento, se rompe en islas
pequeñas de metal como catalizador
Método químico
Introducción de nanopartículas
coloidales de metal (Fe, Co y
Ni) para el catalizador.
Inconveniente: Sensibilidad al
ambienteDifícil
manipulaciónlimita la
producción a gran escala de
nanotubos de carbono
Uso de precursores
catalílicos: Sales
inorgánicas u
organometálicas

5. SECCIÓN EXPERIMENTAL

6. Deposición
del
catalizador
Crecimiento
de los
nanotubos de
carbono
Caracterizac
ión
Limpieza de oblea de silicio
Deposición: Adición una gota de
la solución acuosa o metanólica
del formiato de níquel sobre el
sustrato.
Secado.
Adición de tensioactivo aniónico
(ácido láurico): Uniformidad de
la película.
Formación in situ de
nanopartículas de Ni
Cámara de vacío:10-6 mbar.
Cultivo de capa de SiO2
CVD: Calentamiento de muestras
hasta temperatura deseada con grafito
calentado resistivamente.
(PECVD): Muestras con precursor
catalítico se calentaron primero
típicamente a 460 °C en 1,1 mbar de
NH3.
Generación de la corriente de
descarga de continua: 800 V entre el
calentador de la muestra y la entrada
de gas.
Acetileno, se introduce en la cámara
como material de alimentación de
carbono
Crecimiento: aprox.20 min.
Microscopía electrónica
de barrido (SEM)
Microscopía electrónica
de transmisión (TEM)
Espectroscopía raman
Microscopía de fuerza
atómica (AFM)

7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

8. Formación de nanopartículas de Ni
• Formiato de níquel se descompone
directamente a partículas metálicas de Ni y
gaseosas (H2, H2O, CO y CO2) sin formar
(NiO).
• Bajo condiciones apropiadas, se obtiene un
tamaño de partícula específico con diversa
distribución de tamaños.
• Figura superior: Partículas de Ni
extremadamente pequeñas (1 y 2 nm);
pueden usarse como semillas catalíticas
ideales en el crecimiento de los nanotubos
de carbono en una sola vía.
• Figura inferior: Mayor tamaño de partícula
(20nm)Fig.1: Nanopartículas de Ni sobre la superficie del sustrato de sililica vistas por
por Microscopía de Fuerza Atómica

9. Crecimiento de nanotubos de carbono
por CVD
• 2a: Crecimiento de CNT con
baja densidad de nanopartículas
de Ni.
• 2b: Crecimiento de CNT con
mayor carga de catalizador,
• Abundancia de CNT bajo
condiciones idénticas, y fuerte
relación entre producción/carga
de catalizador.
• Partículas de Ni en el extremo
de los tubos.
• Densidad de catalizador no
afecta calidad del nanotubo.
Fig. 2: Morfología del crecimiento de CNT por SEM

10. Crecimiento de nanotubos de carbono
por CVD
• Estructura grafítica de los tubos, Pico G, y su defecto
estructural, Pico D, coincide con los picos característicos de
1600 y 1375 cm-1, respectivamente.
Fig. 3: Perfil raman de los nanotubos formados bajo CVD

11. Crecimiento de nanotubos de carbono
por PECVD
• CNT abundantes, verticalmente
alineados; cubriendo la superficie
del sustrato.
• Los CNT siguen un mecanismo de
crecimiento de punta.
Fig. 4: SEM del Crecimiento de CNT por PECVD

12. Crecimiento de nanotubos de carbono
por PECVD
• Nanotubos con pared múltiple,
muchos de ellos con diámetro
interno alrededor de 3-6 nm,
implicando que las nanopartículas de
Ni poseen ese tamaño.
• Muchos tubos contienen partículas
de Ni encapsuladas en su interior.
Fig. 5: Crecimiento de CNT por
EPCVD, visto mediante TEM

13. Discusión
• La efectividad en el crecimiento de CNT, se atribuye en gran
manera a la alta actividad de las nanopartículas de Ni,
formadas a partir del formiato de níquel como precursor.
• La descomposición del formato de níquel tiende a producir
nanopartículas de Ni, con un estrecho margen de distribución;
como se mostró en las medidas por AFM y los resultados del
crecimiento de CNT.
• El mecanismo de crecimiento permite el cambio de forma de
las nanopartículas durante el procedimiento.
• A las temperaturas de crecimiento, de 530-545°C para el CVD
y 460 °C para el PECVD, las nanoparículas de Ni, no poseen
necesariamente una forma esférica, obteniéndose
nanopartículas con geometrías combinadas.

14. Conclusiones
1. El formiato de Ni, es un precursor ideal para la
formación de nanopartículas del metal, con tamaños de
partícula y distribución controlables; así como una alta
actividad catalítica que conduce a la eficiente formación
de CNT.
2. El crecimiento de CNT se puede realizar por CVD y PE,
a partir del formiato de níquel; implicando bajos costos
de producción, fácil operación, gran área de
crecimiento y óptimo recubrimiento del sustrato, con
formas y estructuras complejas.
3. En el caso del formiato de Ni, no es necesaria la
reducción externa por parte de agentes como el H2,
para la formación de las nanopartículas deseadas del

15. 4. Las nanopartículas pueden ser monodispersas en
tamaño, dada la tendencia de las nanopartículas
formadas a adsorber químicamente una capa delgada
de carbono que contiene especies producidas desde el
precursor. Este efecto protector pasiva las partículas de
la aglomeración.
5. Existe coexistencia de diferentes estructuras
geométricas, que permite la diferencia de los
nanotubos, particularmente en el crecimiento de los
CNT de pared simple.