ITEM METADATA RECORD
Title: The synthesis and characterization of carbon nanotubes in zeolites
Other Titles: De synthese en karakterisatie van koolstof nanobuisjes in zeolieten
Authors: Van Noyen, Jasper
Issue Date: 3-Sep-2009
Abstract: De prestaties van micro-elektronica zijn de voorbije decennia voortduren d verbeterd door de steeds verder doorgevoerde miniaturisatie van transi storen en interconnects. Naast het voortdurende krimpen van de component en, werden ook nieuwe materialen in het productieproces van chips geïntr oduceerd om hun prestaties nog verder te verbeteren. De micro-elektronic a industrie heeft recent koolstof gebaseerde technologieën opgenomen in zijn roadmap als een van de veelbelovende nan otechnologieën om een rol te gaan spelen op de computerchip van de toeko mst. Ondanks enige successen in het maken van elektrische componenten met koo lstof nanobuisjes (carbon nanotubes, CNTs), wordt het praktische gebruik van koolstof op chips in vraag gesteld omdat er zeer strikte voorwaarde n bestaan om CNTs effectief te gaan gebruiken. Kritieke punten zijn o.a. de hoge densiteiten van CNTs die gehaald moeten worden, de selectieve g roei van een specifiek type van nanotubes (metallisch vs. halfgeleidend) , controle over de richting van de nanotubes in het device, en de compat ibiliteit van de syntheseprocedures met de huidige procestechnologieën. De huidige state-of-the-art methoden zijn nog niet in staat om al die st rikte voorwaarden te vervullen. Zeolieten zouden een potentiële route ku nnen zijn om CNTs voor interconnect toepassingen te gaan gebruiken. In het licht van de hierboven geformuleerde objectieven, was het doel va n dit werk om chiraliteitscontrole van de geoccludeerde CNTs te verkrijg en door de correlatie tussen de zeolieteigenschappen en de aard van het geoccludeerde koolstof. CNTs werden gesynthetiseerd binnenin de poreuze structuur van de zeoliet, en de nanobuisjes werden onderzocht in functie van poriegrootte en lading van het zeolietrooster, en integratie van ee n katalysator. In een eerste deel van deze thesis werd de synthese van e nkelwandige CNTs (SWCNTs) in AFI type zeolieten nader onderzocht. Gedeta illeerde en efficiënte syntheseprocedures, die in de literatuur tot nog toe ontbraken, werden geformuleerd. Een correlatie tussen de zeolieteige nschappen en de aard van het geoccludeerde koolstof werd blootgelegd, do or middel van een verdere verfijning van bestaande karakterisatietechnie ken zoals Raman- en fluorescentiespectroscopie. Anderzijds werk ook het groeimechanisme van het koolstof nanobuisje in de zeolietporie ook bestudeerd met behulp van vernieuwende technieken zoals Rietveld verfijning en gepolariseerde spectroscopische metingen. Er wer d een methodologie ontwikkeld voor de geoptimaliseerde synthese va n SWCNTs in de AFI porie, met een preferentiële chiraliteit door een gec ontroleerd pyrolyseproces. In een tweede deel van dit werk werd een evaluatie gedaan van het effect van de grootte van de zeolietporie op de geoccludeerde koolstof, door d e studie van de grote porie zeoliet VPI-5. Verschillende koolstofbronnen werden verkend en geëvalueerd, en ┬ôstapels┬ö van phthalocyanine molecule n in de eendimensionale porie van de VPI-5 bleken een efficiënte precurs or voor nanotube synthese. Het effect van transitiemetalen (Ni, Fe, Co) werd ook bekeken. Concepten van chiraliteitstransfer van de zeolietporie op de geoccludeerde nanotube leidden tot een chiraal selectief proces. Door het vullen van de zeolietporie met dubbelwandige CNTs (DWCNTs), wer den zeer hoge densiteiten van metallische kanalen gemaakt. Dit zeer gele idende composiet kan zeer relevant zijn voor applicaties van koolstof na nobuisjes. Het laatste deel van dit werk verrichtte pionierswerk in de groei van ze olieten op siliciumplaatjes met geprinte patronen. Het doel was om een p roces te formuleren dat integratie van zeoliet geoccludeerde nanotube gr oei toelaat. Door gebruik te maken van een nieuwe en innovatieve methode , werden georiënteerde zeolietkristallen gegroeid op siliciumplaatjes me t patronen. Enige cruciale stappen voor het succes van deze procedure we rden gedefinieerd. Er werd aangetoond dat deze zeolietpatronen ook gebruikt kunnen worden voor geoccludeerde nanotube groei met spectrosco pische technieken. Dit is een grote stap voorwaarts naar het gebruik van zeolieten voor de integratie van koolstof nanobuisjes voor micro-elektr onica toepassingen.
Table of Contents: Table of contents

Dankwoord................................................. i
Table of contents....................................... iii
Samenvatting............................................ vii
Abstract............................................... viii
Abstract................................................. ix
List of abbreviations.................................... xi
Chapter 1: Carbon Nanotubes, a Monodimensional Form of Carbon with Unique Properties............................. 1
1.1 Introduction.......................................... 3
1.2 Geometrical structure of CNTs......................... 4
1.3 Properties and applications of CNTs................... 7
1.3.1 Thermal properties and applications ................ 7
1.3.2 Mechanic properties and applications ............... 7
1.3.3 Electronic properties and applications.............. 9
1.3.4 Others............................................. 13
1.4 Carbon nanotube synthesis............................ 13
1.4.1 Arc discharge ..................................... 14
1.4.2 Laser ablation..................................................16
1.4.3 Chemical vapor deposition ......................... 17
1.4.4 Other methods...................................... 21
1.4.5 Templated synthesis ............................... 22
1.5 Carbon nanotube characterization .................... 30
1.5.1 Electron microscopy ............................... 31
1.5.2 Raman characterization ............................ 32
1.5.3 Photoluminescence spectroscopy..................... 37
1.6 Objectives and outline............................... 39
Chapter 2: Synthesis and Characterization of SWCNTs in AFI Type Zeolites ........................................... 41
2.1 Introduction......................................... 43
2.2 Experimental ........................................ 44
2.2.1 Synthesis of materials ............................ 44
2.2.2 Characterization of materials...................... 45
2.3 Results and discussion............................... 48
2.3.1 AFI synthesis and subsequent CNT formation......... 48
2.3.2 CNT characterization............................... 59
2.4 Conclusion........................................... 74
Chapter 3: Synthesis and Characterization of CNTs in VFI Type Zeolites ........................................... 77
3.1 Introduction......................................... 79
3.2 Experimental ........................................ 79
3.2.1 Synthesis of materials ............................ 79
3.2.2 Characterization of materials...................... 80
3.3 Results and discussion............................... 81
3.4 Conclusions.......................................... 94
Chapter 4: Integration of Zeolite Occluded CNTs on Chips. 95
4.1 Introduction......................................... 97
4.2 Experimental ........................................ 99
4.2.1 Synthesis of materials ............................ 99
4.2.2 CNT characterization on wafer..................... 100
4.3 Results and discussion.............................. 101
4.3.1 Zeolite growth on BEST02 patterned wafer ......... 101
4.3.2 Characterization with optical techniques ......... 110
4.4 Conclusion.......................................... 113
General Conclusions..................................... 115
Appendix A: General Concepts on the Synthesis of Zeolites ................................................ 119
Appendix B: A very brief introduction to Rietveld Refinement ............................................. 121
Appendix C: XRD diffractogram of AFI type reference sample.................................................. 122
Appendix D: Photoluminescence setup..................... 123
Appendix E: Photoluminescence excitation-emission plots for AlPO4-5 after pyrolysis ................................ 124
Appendix F: Rietveld Refinement on AFI system .......... 125
Appendix G: Rietveld Refinement on DWCNT in VPI-5....... 127
Appendix H: Description of BEST02 patterned wafers...... 128
List of References...................................... 129
List of Publications.................................... 139
ISBN: 978-90-8826-108-4
Publication status: published
KU Leuven publication type: TH
Appears in Collections:Centre for Surface Chemistry and Catalysis

Files in This Item:
File Status SizeFormat
Doctoraat_versie_ok_voor_druk.pdf Published 6450KbAdobe PDFView/Open Request a copy

These files are only available to some KU Leuven Association staff members

 




All items in Lirias are protected by copyright, with all rights reserved.