Chemical vapor deposition of carbon nanotubes on iron-patterned substrates: towards a control of the positioning and structure

La risonanza suscitata dall'individuazione della classe dei fullereni e nanotubi di carbonio ਠlegata alla possibilità  di disegnare e progettare un materiale ad hoc per applicazioni in campo elettronico, sfruttando la connessione tra le caratteristiche geometriche del materiale e le proprietà  elettroniche ad esso connesse. I nanotubi di carbonio a parete singola (SWNTs), possono avere le caratteristiche elettroniche sia di un metallo che di un semiconduttore a bandgap diretta a l'interesse verso questa classe di materiali ਠprincipalmente legato alla possibilità  di sfruttare la modulabilità  delle proprietà  elettroniche per sostituire l'elettronica classica in silicio realizzando, ad esempio, dispositivi ad effetto di campo che utilizzino nanotubi semiconduttori come canali (CNT-FET). Nel caso della dispositivistica basata sui CNTs, ciಠche ha fortemente ridimensionato il raggiungimento della maturità  necessaria al processo di integrazione dei nanotubi in dispositivi commercializzabili, ਠil limite, tuttora esistente, legato al controllo della fase di sintesi. Il presente lavoro di tesi ਠcentrato sulla messa a punto di processi CCVD (Catalytic Chemical Vapor Deposition) per la sintesi controllata di nanotubi di carbonio attraverso il controllo dei parametri chiave che consentono di individuare le diverse tipologie di crescita, nonchà© sull'analisi delle proprietà  morfologiche e strutturali delle diverse classi di nanotubi sintetizzate e l'analisi delle possibilità  applicative dei nanotubi in settori di interesse a livello industriale. Lo sviluppo di processi per la sintesi CCVD di nanotubi di carbonio ha consentito di passare dalla realizzazione di campioni di MWNTs, organizzati in fasci verticalmente allineati rispetto al substrato, a campioni morfologicamente molto diversi e costituiti ad esempio da nanotubi a parete singola isolati, cresciuti in ben definite posizioni, con un orientamento preciso rispetto alle strutture patternate presenti sul substrato e dalle caratteristiche morfologiche e strutturali controllabili entro i limiti definiti dal processo di sintesi implementato. Il raggiungimento di un controllo cosଠspinto del processo di sintesi ha richiesto la puntuale e sistematica ottimizzazione dei principali parametri che regolano e influenzano la crescita determinando le proprietà  del materiale sintetizzato. La determinazione delle proprietà  morfologiche e strutturali dei nanotubi sintetizzati ha richiesto l'utilizzo di tecniche di caratterizzazione particolarmente indicate per l'indagine di materiali a base di carbonio quali la spettroscopia Raman e tecniche di microscopia TEM e AFM. Dalle indagini morfologiche implementate (microscopia TEM) ਠstato possibile risalire al numero di pareti, al diametro medio del nanotubo e al grado di ordine cristallino della strutura realizzata. La spettroscopia Raman à¨, poi, in grado di fornire informazioni medie sulla distribuzione di nanotubi presenti nel campione dando, al contempo, indicazioni sulla eventuale presenza di impurezze e difetti. Attraverso la spettroscopia Raman ਠpossibile risalire alla presenza di MWNTs o SWNTs consentendo di ricavare il diametro del nanotubo risonante, eventualmente fornendo un'indicazione della chiralità . Nel lavoro di tesi sono stati forniti anche alcuni elementi teorici per la comprensione delle proprietà  strutturali dei nanotubi di carbonio e sono state elencate le principali classi di applicazione dei CNTs mostrando un semplice esempio di realizzazione di nanocompositi CNT-based e la progettazione di un dispositivo ad effetto di campo ottenuto a partire da network di nanotubi che connettono strutture di elettrodi patternate.