Fayda Maliyet Analizi Kapsamında Refah Yaklaşımı

A amostra usada neste trabalho, que foi produzida por Maruyama et al. [37], consiste de nanotubos de carbono de parede ´unica que foram crescidos em substrato de

Figura 4.2: As figuras (A) e (B) mostram, em diferentes perspectivas, a amostra de nanotubos de carbono alinhados verticalmente crescida pelo m´etodo CVD usando ´alcool como catalizador. A amostra foi crescida em substrato de quartzo e tem aproximadamente 5µm de espessura. [37]

quartzo (veja figura 4.2) usando o m´etodo CVD (deposi¸c˜ao de vapor qu´ımico) com ´alcool como catalizador. O catalizador foi colocado no substrato e mergulhado rapidamente dentro de uma solu¸c˜ao de Acetato Co-Mo, ficando coberto com uma camada desta solu¸c˜ao. O catalizador foi oxidado no ar, a 400◦_{C e ent˜ao reduzido em fluxo de Ar/H}

2 (com 3 por

cento de H2) durante o aquecimento da cˆamara CVD.

O catalizador preparado por este m´etodo resiste `a aglomera¸c˜ao na temperatura de crescimento (aproximadamente 800◦_{C) e, como resultado, obtem-se um meio denso em}

part´ıculas catalizadoras com diˆametros de 1-2nm. Quando a cˆamara de CVD atingiu 800◦_{C, o fluxo da mistura de Ar/H}

2 foi cessada e o vapor de etanol (99.5 por cento

etanol desidratado com m´aximo de 0.005 por cento de ´agua) foi introduzido a 10 Torr para come¸car o crescimento dos nanotubos. Na etapa final de crescimento, o filme tinha aproximadamente 5µm de espessura.

Uma an´alise utilizando espectroscopia Raman ressonante, em v´arias etapas do crescimento da amostra (15 segundos, 1, 10 e 100 minutos) mostrou alta pureza dos nanotubos, pois seus espectros Raman mostraram banda D pequena. Uma an´alise dos modos radiais de respira¸c˜ao (RBM) mostraram somente ligeiras mudan¸cas com o tempo de crescimento dos tubos, indicando crescimento vertical dos SWNTs desde o est´agio inicial do processo.

Cap´ıtulo 5

Resultados

Como mencionamos anteriormente na introdu¸c˜ao, o gr´afico te´orico das energias de transi¸c˜ao Eii para nanotubos de carbono, como uma fun¸c˜ao do diˆametro do tubo, foi

proposto, pela primeira vez, em 1999 [9] e tornou-se, desde ent˜ao, o mais usado guia so- bre a estrutura eletrˆonica deste material. Vimos nos cap´ıtulos anteriores que o primeiro gr´afico de Eii×dt, isto ´e, o primeiro gr´afico de Kataura, n˜ao descrevia bem as propriedades

eletrˆonicas dos nanotubos, porque seus c´alculos n˜ao inclu´ıam efeitos de curvatura e efeitos de muitos corpos. Vimos tamb´em que in´umeros esfor¸cos, experimentais e te´oricos, foram concentrados neste gr´afico com o objetivo de atingir uma descri¸c˜ao confi´avel das pro- priedades eletrˆonicas dos nanotubos. Este cap´ıtulo apresenta o gr´afico de Kataura que representa as propriedades eletrˆonicas de uma ampla amostragem de diˆametros de tubos (0.7 a 2.3nm) com condi¸c˜oes experimentais bem controladas e obtido em uma mesma amostra, em uma extens˜ao relevante de energia (1.26 a 2.71eV).

5.1

Resultados gerais

Neste trabalho, como mostra a figura 5.1, apresentamos o gr´afico de Kataura que representa as propriedades ´opticas de nanotubos de carbono em uma regi˜ao de diˆametros (0.7-2.3nm) em uma importante regi˜ao de energias de transicc˜ao (1.26-2.71 eV). A amostra usada no experimento (veja cap´ıtulo 4), contem nanotubos de carbono alinhados vertical- mente, depositados em substrato de quartzo, crescidos pelo m´etodo de deposi¸c˜ao de vapor qu´ımico a partir de ´alcool [37]. O filme tem espessura macrosc´opica (aproximadamente 5 micrˆometros), ´e uniforme atrav´ez do substrato, sendo adequado para experimentos ´opticos

como a espectroscopia Raman. A amostra contˆem um baixo n´ıvel de impurezas (veja cap´ıtulo 4; se¸c˜ao 4.1) e foi medida sem qualquer manipula¸c˜ao qu´ımica ou f´ısica. Fizemos medidas a baixas potˆencias com a polariza¸c˜ao do laser, perpendicular ao substrato. Sobre estas condi¸c˜oes, n˜ao verificou-se efeitos de bandos (caracterizado pela superposi¸c˜ao das DOS para os tubos envolvidos) ou efeitos t´ermicos na amostra (devido ao aquecimento gerado pelo laser incidente na amostra) [6, 38].

Dentre v´arias t´ecnicas experimentais, a absor¸c˜ao, a fotoluminescˆencia e a espec- troscopia Raman ressonante s˜ao as t´ecnicas ´opticas mais estabelecidas na pesquisa de nanotubos de carbono [5]. Em particular, a espectroscopia Raman ressonante, quando feita com linhas de laser quase-cont´ınuamente, pode ser usada para construir um gr´afico bi-dimensional que representa o gr´afico de Kataura sem nenhuma limita¸c˜ao. A figura 5.1.(A) mostra este gr´afico bi-dimensional, onde a cordenada representa a energia de ex- cita¸c˜ao do laser (Elaser) e a abscissa representa o inverso do deslocamento Raman para

o modo de respira¸c˜ao radial (1/ωRBM) dos nanotubos de carbono [6, 38]. O modo de

respira¸c˜ao radial(RBM) ´e espec´ıfico para cada nanotubo e sua frequˆencia, ωRBM, que ´e

dada pelo deslocamento Raman, ´e proporcional ao inverso do diˆametro do nanotubo (veja cap´ıtulos 1 e 4), ent˜ao cada pico na figura 5.1.(A) equivale a um ponto no gr´afico de Kataura apresentado na figura 5.1.(B) [6, 38, 1].

O gr´afico experimental mostrado na figura 5.1.(A) foi constru´ıdo com 95 diferen- tes linhas de laser (veja cap´ıtulo 4). Para medidas na regi˜ao vis´ıvel, a potˆencia do laser na amostra foi de 1mW, focado com uma objetiva de 50×. Para medidas na regi˜ao do infravermelho, potˆencias mais baixas foram usadas. Com o uso de baixas densidades de potˆencia, n˜ao foram observados efeitos signficativos de aquecimento da amostra. A m´axima intensidade para o perfil de ressonˆancia da subbanda ES

22 de um nanotubo semi-

condutor ´e mais que uma ordem de grandeza maior que a intensidade do perfil de res- sonˆancia da subbanda ES

33 e, por esta raz˜ao, os espectros da figura 5.1.(A) s˜ao todos

normalizados para que tenham o pico mais intenso com o mesmo valor de intensidade. Vale ressaltar que este procedimento gera perfis de ressonˆancia mais alongados na escala de energia, no entanto esta forma de normaliza¸c˜ao foi a que melhor permitia a visualiza¸c˜ao inteira do gr´afico experimental.

Figura 5.1: (A) O gr´afico de Kataura experimental obtido a partir da evolu¸c˜ao da intensi- dade Raman (n´ıveis de cor) em fun¸c˜ao da energia de excita¸c˜ao do laser, para 95 diferentes linhas de laser. Dois espectrˆometros Raman, um Dilor XY triplomonocromador (para as medidas na regi˜ao do vis´ıvel) e um SPEX triplomonocromador (para medidas na regi˜ao do infravermelho) foram usados para fazer os experimentos. Os lasers usados para a ex- cita¸c˜ao da amostra foram um Ar-Kr, um Ti:Safira e um Dye laser bombeado por um laser de argˆonio (veja cap´ıtulo sobre Detalhes t´ecnicos). (B) O gr´afico de Kataura te´orico constru´ıdo para ajustar os resultados experimentais apresentados em (A), como discutido