(Phys.org) - Investigadores del Centro NIST de Ciencia y Tecnología a Nanoescala y de la Universidad Estatal de Arizona han utilizado un microscopio electrónico de transmisión de barrido ambiental (ESTEM) para controlar el tamaño y la ubicación de las nanopartículas de hierro con el fin de catalizar el crecimiento de nanotubos de carbono en un sustrato de óxido de silicio. La síntesis a gran escala de nanotubos de carbono para pantallas de emisión de campo (FED) de bajo costo requiere un control estricto de la longitud de los nanotubos. diámetro, y densidad superficial.

Usando el ESTEM, los investigadores pudieron visualizar la ubicación de las nanopartículas de catalizador y el crecimiento de los nanotubos en tiempo real. Probaron la hipótesis de que el diámetro de los nanotubos de carbono depende del tamaño de las partículas del catalizador al depositar nanopartículas de catalizador de hierro de diferentes tamaños y densidades sobre un sustrato utilizando el haz de electrones del microscopio para inducir la disociación de los precursores del catalizador que contienen hierro. Descubrieron que varios factores controlan el tamaño y la actividad catalítica de las nanopartículas para el crecimiento de nanotubos, incluyendo la elección del precursor (ferroceno o diirón nonacarbonilo), la temperatura del sustrato, el tiempo de residencia del precursor en el sustrato, y la energía del haz de electrones. Pudieron usar el tiempo de deposición para controlar el tamaño de partícula y la posición del haz de electrones para controlar la ubicación de las partículas de catalizador en la superficie del sustrato.

También encontraron que la actividad catalítica de las partículas de hierro para el crecimiento del tubo depende de la cantidad de carbono codepositado con el hierro durante el proceso de deposición inducido por haz de electrones. porque el carbono co-depositado forma capas de grafito alrededor de las partículas de hierro. Estas capas hicieron que las partículas fueran químicamente inactivas para inducir el crecimiento de nanotubos de carbono. Este problema se resolvió para el precursor de diiron nonacarbonyl aumentando la temperatura del sustrato a 100 ° C, lo que redujo la cantidad de carbono co-depositado. Dado que el calentamiento del sustrato no afectó los niveles de carbono depositado conjuntamente en las muestras de ferroceno, El nonacarbonilo de diirón parece ser más adecuado como precursor de catalizador para el crecimiento controlado de nanotubos de carbono. Los investigadores creen que estos resultados ayudarán a crear sustratos con nanotubos de carbono en tamaños y densidades de superficie apropiados para su uso en FED.