Nanotubos de carbono: síntesis, caracterización y aplicaciones

Abstract

[spa] Los CNTs presentan propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas singulares que han suscitado un interés considerable en las dos últimas décadas por sus posibles aplicaciones en Ciencia e Ingeniería de Materiales. Entre estas aplicaciones destaca la integración de CNTs en dispositivos electrónicos, como elementos activos en transistores, o como nanocables eléctricos. Actualmente, la actividad de investigación se centra en la capacidad de manipulación y crecimiento localizado de CNTs con características específicas. Una de las dificultades de este proceso se halla en la síntesis de CNTs sobre superficies metálicas. En el presente trabajo se ha abordado esta problemática, en concreto, el crecimiento de CNTs verticalmente alineados (VACNTs) sobre cobre mediante PECVD. El punto clave es el fenómeno de interdifusión entre el sustrato metálico y el material catalizador del crecimiento (Fe, Ni o Co), el cual está activado por las elevadas temperaturas (~ 700 °C) del proceso de depósito de CNTs. La difusión del catalizador en el sustrato puede limitar o hasta impedir el crecimiento de los CNTs, por lo que es conveniente depositar una capa delgada como barrera de difusión entre el sustrato y el catalizador. En esta tesis doctoral se ha realizado un análisis fundamental del material sintetizado, del sustrato y del material catalizador, de cara a establecer el tipo y el grado de interacción entre ellos durante el proceso de crecimiento. Esto ha ayudado a entender mejor el mecanismo de síntesis de los CNTs de acuerdo con las particularidades del sistema experimental. Por otra parte, se ha puesto especial atención en el uso de barreras de difusión de baja resistividad eléctrica, puesto que la resistencia de contacto entre los CNTs y el sustrato limita la capacidad de transporte eléctrico de estas nanoestructuras. Entre las posibles técnicas de preparación del recubrimiento catalizador, se ha optado por la de pulverización catódica asistida con magnetrón, debido a su compatibilidad con la técnica de depósito de los CNTs mediante PECVD. Se han utilizado VACNTs en dos aplicaciones distintas. Por un lado, se han realizado depósitos densos de este material sobre los electrodos de cobre que forman parte de un dispositivo láser de diodos. La intención es mejorar el contacto eléctrico y térmico entre los electrodos y los diodos que hacen de elemento activo del láser. Por otra parte, se han depositado VACNTs sobre microelectrodos de Ir, Pt y Au utilizados para el análisis electroquímico. En este caso, se prevé un incremento en el ritmo de transferencia electrónica entre las nanoestructuras y el electrolito, dada la elevada superficie específica de los VACNTs, su buena conductividad eléctrica y la disposición inclinada de sus planos grafíticos (estructura tipo "bambú"). Esta morfología se caracteriza por presentar una elevada porción de planos con sus bordes expuestos al medio líquido.