Nanomotores y Síntesis de Nanotubos y Nanotubos de ZnO

Nanomotor

Consiste en un nanotubo de carbono de paredes múltiples y dos gotas de metal líquido, que es In. Con un campo eléctrico a través del nanotubo, los átomos de metal se transportan desde la gota más grande a la más pequeña. La gota más grande se contrae y el más pequeño crece hasta que ambas gotas se toquen. En este momento, las gotas se coagulan y el proceso comienza de nuevo.

Plasma

Es un gas de partículas ionizadas y electrones. Los electrones colisionan con distintas partículas del precursor cargándolas, por tanto, se forman núcleos cargados y se evitan las aglomeraciones. El plasma se crea con un campo eléctrico de elevada energía (microondas) para que se produzca transferencia de energía a las partículas del gas, para disociarlas e ionizarlas. No necesita alta T.

Llama

Se mezcla el precursor con O, la llama interacciona con el precursor y se produce el crecimiento de partículas, menor tamaño con más O.

Conducción balística

Transporte del electrón por un hilo sin que sufra choques, absorción o que se quede atrapado, no interacciona con nada. La energía queda cuantizada según la fórmula: G0=(2*e(cuad))/h de ahí que la gráfica correspondiente sea escalonada. Requisito bajas T.

Bloqueo de Coulomb

Se tiene un nanohilo de un material conductor y se crea un quantum dot separado del resto mediante una barrera (de InP). Se tiene un confinamiento de los electrones ocupando niveles discretos debido al pozo de potencial en el que se encuentran. Si se aplica una ddp lo primero que ocurre es un doblado de bandas, que suben o bajan. Se debe encontrar una situación en la que las bandas estén alineadas para que los electrones puedan circular pasando de un estado a otro. El bloqueo de Coulomb es, por tanto, una ddp necesaria para que los electrones puedan circular. Cuando la longitud de un nanohilo es próxima al camino libre medio se tiene conductancia balística.

Nanotubos

Láminas de grafeno enrolladas, los hay de pared única o de multicapa. Normalmente son cerrados formando una cúpula, para asegurar la neutralidad de carga y evitar enlaces sueltos. La síntesis puede ser por arco (dos electrodos que generan corriente y condensan el C), por ablación láser (grafito+láser->plasma->condensación). Cualquiera de los procesos son más efectivos en función de catalizadores. La forma tubular se debe a que el crecimiento es VLS (vapor, líquido, sólido), los sustratos cerámicos se calientan y con ellos el líquido del catalizador, se produce la descomposición de los reactivos, que se incorporan en la gota, sobresaturándola.

Después se produce la precipitación del material por la saturación, y se generan los tubos (la gota guía el crecimiento). Quiralidad: a partir del vector de quiralidad se puede determinar el diámetro del nanotubo, en los de pared única suele estar entre 1,2 y 1,4nm, en multicapas es mayor, en quiral zig-zag el ángulo es de 0º y Armchair de 30º.

ZnO

Comienza con un embrión de Zn que cristaliza con una alta anisotropía hexagonal, se oxida entre 700-800K y las caras menos estables se oxidan antes y el ZnO crece en la dirección normal al plano hexagonal de la base. La presión de vapor del metal puro es superior a la del óxido, por lo que el material de partida se evapora durante el crecimiento de los nanotubos de ZnO.

Nucleación

Interacción de átomos o moléculas hasta formar una unidad básica estable. Es importante la presencia de un tamaño mínimo ya que si no será reabsorbido.

Condensación

Cuando el núcleo es estable se condensa, es un proceso aleatorio que depende del gas vapor que fomenta el crecimiento de la partícula.

Coagulación

2 partículas o núcleos forman uno más grande, disminuye la energía superficial.

Aglomeración

Choque de partículas o interacción de clusters, se pegan con enlaces de VanderWalls, con sinterización la unión es fuerte.

Síntesis por condensación con gas inerte

El proceso más importante es el de evaporación-condensación para nucleación homogénea. En este proceso se introduce un sólido metálico (se calienta hasta evaporarlo) en una cámara con cierto vacío y se introduce a su vez un gas noble (Ar). El Ar hace más fácil la condensación. En una parte de la cámara se introduce un dedo frío, que es una zona que se mantiene a muy baja temperatura, se suele emplear N2 líquido. Por termo difusión las partículas metálicas terminan condensando en la superficie del dedo frío, en forma de polvo. Gracias a este método se producen nuevos procesos de producción à se parte de un precursor metálico al cual se le aporta energía, mediante calentamiento por efecto Joule, o mediante láser para arrancar átomos del material, también se pueden emplear electrodos. En la cámara se introduce un gas de transporte que produce un flujo que arrastra las moléculas. Este gas tiene varias funciones, hace más fácil las colisiones entre partículas, pero también reduce la temperatura, lo que produce la sobresaturación del gas y la condensación de las partículas. Existe otra posibilidad, no utilizar solamente el precursor sólido sino una mezcla de precursores sólidos y alguno gaseoso, de esta manera se produce una reacción in situ.