Neste trabalho estudamos um sistema SWNT-substrato onde a intera¸c˜ao entre tubo e substrato pode ser modulada, mudando a orienta¸c˜ao tubo-substrato. Os efeitos nas pro-
Figura 5.10: An´alise de uma serpentina de SWNT met´alica crescida em substrato de
quartzo. (a) Imagem de EFM da serpentina de SWNT met´alica. As linhas vermelha e azul indicam as duas regi˜oes onde os espectros Raman em (b) e os perfis em (c) e (d) foram obtidos. (b) Espectros Raman da serpentina de SWNT met´alica no segmento reto (linha azul) e na regi˜ao que o tubo atravessa os degraus (linha vermelha). (c) e (d) varredura de EFM atrav´es da serpentina de SWNT met´alica na regi˜ao que o tubo est´a atravessando os degraus (c) e no segmento reto (d). O perfil de linha no “formato de V”mostra o sinal de EFM caracter´ıstico de tubos met´alicos.
priedades eletrˆonica e vibracional dos SWNTs, observadas usando espectroscopia Raman ressonante e microscopia de for¸ca el´etrica, indicam mudan¸cas importantes dependendo da orienta¸c˜ao tubo-substrato. Estas mudan¸cas est˜ao claramente relacionadas `a intera¸c˜ao tubo-substrato moduladas de acordo com a morfologia tubo-substrato e dinˆamicas de forma¸c˜ao da estrutura tipo serpentina de SWNT. A mudan¸ca peri´odica na intera¸c˜ao tubo- substrato existente nas serpentinas de SWNT estudadas gera um conjunto de jun¸c˜oes metal-semicondutor alternadas, e diferentes jun¸c˜oes metal-semicondutor complexas po- dem ser propostas atrav´es da engenharia de substrato.
Figura 5.11: An´alise de uma serpentina de SWNT semicondutora crescida em substrato de quartzo. (a) Imagem de EFM da serpentina de SWNT semicondutora. As linhas vermelha e azul indicam as duas regi˜oes onde os espectros Raman em (b) e os perfis em (c) e (d) foram obtidos. (b) Espectros Raman da serpentina de SWNT semicondutora no segmento reto (linha azul) e na regi˜ao que o tubo atravessa os degraus (linha vermelha). (c) e (d) varredura de EFM atrav´es da serpentina de SWNT semicondutora na regi˜ao que o tubo est´a atravessando os degraus (c) e no segmento reto (d). O perfil de linha no “formato de W”mostra o sinal de EFM caracter´ıstico de tubos semicondutores.
Huang e Choi [25] observaram que a resistˆencia normalizada pelo comprimento de serpentinas de nanotubo de carbono aumenta com o n´umero de segmentos em U, e tal comportamento foi explicado pela presen¸ca de defeitos nas regi˜oes curvas. Nossas jun¸c˜oes metal-semicondutor podem explicar os resultados observados na Ref. [25] com jun¸c˜oes perfeitamente cristalinas, onde os “defeitos”seriam o substrato mudando o comportamento eletrˆonico do tubo. Isto ´e confirmado por nossos resultados de espectroscopia Raman com a ausˆencia completa da banda D de desordem induzida (∼ 1300 cm−1), a qual ´e
Cap´ıtulo 6
Modificando a intera¸c˜ao entre o
nanotubo de carbono de parede
´
unica e o substrato
6.1
Introdu¸c˜ao
Como vimos no cap´ıtulo anterior, nanotubos de carbono depositados em substrato tˆem suas propriedades afetadas pela intera¸c˜ao entre o tubo e o substrato, incluindo uma deforma¸c˜ao no nanotubo [27, 125].
Para uma an´alise mais detalhada desta intera¸c˜ao realizamos medidas em v´arias serpentinas utilizando um laser de comprimento de onda de λlaser = 532 nm (Elaser =
2,33 eV) e um outro de λlaser = 632,8 nm (Elaser = 1,96 eV). Primeiramente realizamos
experimentos utilizando o laser de comprimento de onda λlaser = 532 nm. As Figuras 6.1
(a), (c) e (d) mostram imagens espectrosc´opicas de trˆes SWNT e os marcadores verdes nessas imagens mostram os pontos onde os espectros Raman foram obtidos. Atrav´es dos espectros coletados ao longo das serpentinas observamos comportamentos diferentes da banda G ao longo das serpentinas de nanotubo de carbono de parede ´unica (SWNT) e podemos separar esse comportamento em trˆes grupos: (i) a frequˆencia muda muito pouco (Figura 6.1 (b)), (ii) a frequˆencia apresenta seu valor m´aximo no centro dos segmentos ao longo dos degraus e m´ınimo atrav´es dos degraus (Figura 6.1 (d)), como discutido no cap´ıtulo anterior, e (iii) a frequˆencia apresenta “saltos”em certos pontos da serpentina (Figura 6.1 (f)). Neste cap´ıtulo estamos interessados em modificar esta intera¸c˜ao com nanomanipula¸c˜ao para melhor entender como a intera¸c˜ao entre um SWNT e o substrato
afeta as propriedades desse nanotubo, gerando estes trˆes diferentes comportamentos. Como veremos, podemos explicar essa varia¸c˜ao no comportamento da banda G dos nanotubos como resultado de diferentes tipos de intera¸c˜ao com o substrato, gerados no processo de crescimento das serpentinas de SWNT. Para o primeiro caso (Figuras 6.1 (a) e (b)), onde as serpentinas n˜ao apresentam grande varia¸c˜ao da frequˆencia da banda G, podemos dizer que seu processo de crescimento n˜ao foi perturbado por turbulˆencias do fluxo de g´as dentro do forno de CVD e a intera¸c˜ao com o substrato ´e fraca, n˜ao havendo diferentes tens˜oes no contato tubo substrato, exceto uma pequena varia¸c˜ao explicada por oscila¸c˜oes na pequena intera¸c˜ao entre o nanotubo e o substrato. No segundo caso (Figura 6.1 (c) e (d)), a frequˆencia da banda G ´e m´axima no centro dos segmentos retos e m´ınima nos segmentos atrav´es dos degraus do substrato. Como j´a foi discutido no cap´ıtulo 5, a varia¸c˜ao da frequˆencia pode ser explicada pela forte ades˜ao do tubo ao substrato nas partes planas da superf´ıcie mais hist´orico das tens˜oes que o fluxo de g´as imp˜oe ao tubo durante seu crescimento. ´E interessante notar que as descontinuidades nas oscila¸c˜oes das serpentinas (exemplo: S11-S14 na Figuras 6.1 (b)) se refletem no perfil oscilat´orio de ωG+.
O terceiro caso (Figuras 6.1 (e) e (f)) envolve um fator que ainda n˜ao foi considerado, e que foi elucidado em experimentos de nanomanipula¸c˜ao, em colabora¸c˜ao com o Newton M. Barbosa Neto, e que ser´a discutido a seguir. Adiantando o efeito, o tubo pode ficar preso em imperfei¸c˜oes do substrato durante o crescimento o que gera grande tens˜ao no processo de crescimento. Com isso, a frequˆencia da banda G sofre um deslocamento negativo na regi˜ao que vem em seguida ao ponto de fixa¸c˜ao, como mostrado pela Figura 6.1 (f).