(Phys.org)—I ricercatori del NIST Center for Nanoscale Science and Technology e dell'Arizona State University hanno utilizzato un microscopio elettronico a trasmissione a scansione ambientale (ESTEM) per controllare le dimensioni e il posizionamento delle nanoparticelle di ferro al fine di catalizzare la crescita dei nanotubi di carbonio su un substrato di ossido di silicio. La sintesi su larga scala di nanotubi di carbonio per display a emissione di campo (FED) a basso costo richiede un controllo rigoroso sulla lunghezza dei nanotubi, diametro, e densità superficiale.

Utilizzando l'ESTEM, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare il posizionamento delle nanoparticelle del catalizzatore e la crescita dei nanotubi in tempo reale. Hanno testato l'ipotesi che il diametro dei nanotubi di carbonio dipenda dalla dimensione delle particelle di catalizzatore depositando nanoparticelle di catalizzatore di ferro di diverse dimensioni e densità su un substrato utilizzando il fascio di elettroni del microscopio per indurre la dissociazione dei precursori del catalizzatore contenenti ferro. Hanno scoperto che una serie di fattori controllano le dimensioni e l'attività catalitica delle nanoparticelle per la crescita dei nanotubi, compresa la scelta del precursore (ferrocene o diferro nonacarbonile), la temperatura del substrato, il tempo di permanenza del precursore sul substrato, e l'energia del fascio di elettroni. Sono stati in grado di utilizzare il tempo di deposizione per controllare la dimensione delle particelle e la posizione del fascio di elettroni per controllare la posizione delle particelle di catalizzatore sulla superficie del substrato.

Hanno anche scoperto che l'attività catalitica delle particelle di ferro per la crescita del tubo dipende dalla quantità di carbonio co-depositato con il ferro durante il processo di deposizione indotto dal fascio di elettroni, perché il carbonio co-depositato forma gusci grafitici attorno alle particelle di ferro. Questi gusci hanno reso le particelle chimicamente inattive per indurre la crescita dei nanotubi di carbonio. Questo problema è stato risolto per il precursore diferro nonacarbonilico aumentando la temperatura del substrato a 100 °C, che ha ridotto la quantità di carbonio co-depositato. Poiché il riscaldamento del substrato non ha influenzato i livelli di carbonio co-depositato nei campioni di ferrocene, diiron nonacarbonyl sembra essere più adatto come precursore del catalizzatore per la crescita controllata dei nanotubi di carbonio. I ricercatori ritengono che questi risultati aiuteranno a creare substrati con nanotubi di carbonio di dimensioni e densità superficiali appropriate per l'uso nei FED.