(Phys.org)—Onderzoekers van het NIST Center for Nanoscale Science and Technology en de Arizona State University hebben een omgevingsscanning-transmissie-elektronenmicroscoop (ESTEM) gebruikt om de grootte en plaatsing van ijzeren nanodeeltjes te controleren om de groei van koolstofnanobuizen op een siliciumoxidesubstraat. Grootschalige synthese van koolstofnanobuizen voor goedkope veldemissiedisplays (FED's) vereist strikte controle op de lengte van nanobuisjes, diameter, en oppervlaktedichtheid.

Met behulp van de ESTEM, de onderzoekers konden de plaatsing van de katalysator-nanodeeltjes en de groei van de nanobuisjes in realtime visualiseren. Ze testten de hypothese dat de diameter van koolstofnanobuisjes afhankelijk is van de grootte van de katalysatordeeltjes door ijzerkatalysatornanodeeltjes van verschillende groottes en dichtheden op een substraat af te zetten met behulp van de elektronenstraal van de microscoop om dissociatie van de ijzerbevattende katalysatorprecursoren te induceren. Ze ontdekten dat een aantal factoren de grootte en katalytische activiteit van nanodeeltjes voor de groei van nanobuisjes bepalen, inclusief de keuze van de voorloper (ferroceen of di-ijzer nonacarbonyl), de ondergrondtemperatuur, de verblijftijd van de voorloper op het substraat, en de elektronenstraalenergie. Ze waren in staat om de afzettingstijd te gebruiken om de deeltjesgrootte en de positie van de elektronenstraal te regelen om de locatie van de katalysatordeeltjes op het oppervlak van het substraat te regelen.

Ze ontdekten ook dat de katalytische activiteit van de ijzerdeeltjes voor buisgroei afhangt van de hoeveelheid koolstof die samen met het ijzer wordt afgezet tijdens het door elektronenbundels geïnduceerde afzettingsproces, omdat mede-afgezette koolstof grafietschillen vormt rond de ijzerdeeltjes. Deze schillen maakten de deeltjes chemisch inactief voor het induceren van de groei van koolstofnanobuisjes. Dit probleem werd opgelost voor de di-ijzer nonacarbonylprecursor door de substraattemperatuur te verhogen tot 100 °C, waardoor de hoeveelheid co-afgezette koolstof werd verminderd. Aangezien het verwarmen van het substraat geen invloed had op de co-afgezette koolstofniveaus in de ferroceenmonsters, di-ijzer nonacarbonyl lijkt beter geschikt als katalysatorvoorloper voor gecontroleerde groei van koolstofnanobuisjes. De onderzoekers zijn van mening dat deze resultaten zullen helpen bij het creëren van substraten met koolstofnanobuisjes met de juiste afmetingen en oppervlaktedichtheden voor gebruik in FED's.