Ljusfältstransmissionselektronmikrofotografi som visar kolnanorör odlade från en rad lika stora järnkatalysatorpartiklar skapade av elektronstråleinducerad nedbrytning av en dijärnnonakarbonylprekursor.
(Phys.org)—Forskare från NIST Center for Nanoscale Science and Technology och Arizona State University har använt ett miljöskanningstransmissionselektronmikroskop (ESTEM) för att kontrollera storleken och placeringen av järnnanopartiklar för att katalysera tillväxten av kolnanorör på ett kiseloxidsubstrat. Storskalig syntes av kolnanorör för lågkostnadsskärmar för fältutsläpp (FED) kräver strikt kontroll av nanorörslängden, diameter, och ytdensitet.
Med hjälp av ESTEM, forskarna kunde visualisera placeringen av katalysatornanopartiklarna och tillväxten av nanorören i realtid. De testade hypotesen att diametern på kolnanorör är beroende av storleken på katalysatorpartiklarna genom att deponera järnkatalysatornanopartiklar av olika storlekar och densiteter på ett substrat med hjälp av mikroskopets elektronstråle för att inducera dissociation av de järnhaltiga katalysatorprekursorerna. De fann att ett antal faktorer styr storleken och den katalytiska aktiviteten hos nanopartiklar för tillväxt av nanorör, inklusive val av prekursor (ferrocen eller dijärnnonakarbonyl), substratets temperatur, uppehållstiden för prekursorn på substratet, och elektronstråleenergin. De kunde använda avsättningstiden för att styra partikelstorleken och positionen för elektronstrålen för att kontrollera placeringen av katalysatorpartiklarna på ytan av substratet.
De fann också att den katalytiska aktiviteten hos järnpartiklarna för rörtillväxt beror på mängden kol som deponeras tillsammans med järnet under den elektronstråleinducerade avsättningsprocessen, eftersom samavsatt kol bildar grafitiska skal runt järnpartiklarna. Dessa skal gjorde partiklarna kemiskt inaktiva för att inducera tillväxt av kolnanorör. Detta problem löstes för dijärn-nonakarbonylprekursorn genom att höja substrattemperaturen till 100 °C, vilket minskade mängden samdeponerat kol. Eftersom uppvärmning av substratet inte påverkade nivåerna av samavsatt kol i ferrocenproverna, dijärnnonakarbonyl verkar vara bättre lämpad som en katalysatorprekursor för kontrollerad kolnanorörstillväxt. Forskarna tror att dessa resultat kommer att hjälpa till att skapa substrat med kolnanorör i lämpliga storlekar och ytdensiteter för användning i FED.
