instituto politecnico nacional -...
TRANSCRIPT
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA UNIDAD CULHUACAN
SECCION DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACION
DISEÑO, CONSTRUCCION Y CARACTERIZACION DE UN CIRCUITO FORMADO POR NANOTUBOS DE CARBON MEDIANTE MICROSCOPIA DE
FUERZA ATOMICA (AFM)
TESIS PARA OBTENER EL GRADO DE: MAESTRO EN CIENCIAS DE INGENIERIA EN MICROELECTRONICA. PRESENTA: ING. ANDRES DE LUNA BUGALLO
DIRECTORES: DR. NIKOLA BATINA DR. GONZALO ISAAC DUCHEN
CARTA CESION DE DERECHOS En la Ciudad de __México__el día __24___del mes__Marzo____del año _2008__, el (la) que
suscribe__Andrés de Luna Bugallo__alumno (a) del Programa de _Maestría en Ciencias de Ingeniería
en Microelectrónica__con número de registro A060195_, adscrito a __programa de maestría _,
manifiesta que es autor (a) intelectual del presente trabajo de Tesis bajo la dirección de _Dr. Gonzalo
Isaac Duchén Sánchez_y Dr. Nikola Batina_ cede los derechos del trabajo intitulado _DISEÑO,
CONTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN CIRCUITO FORMADO POR NANOTUBOS
DE CARBÓN MEDIANTE MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA (AFM), al Instituto
Politécnico Nacional para su difusión, con fines académicos y de investigación.
Los usuarios de la información no deben reproducir el contenido textual, gráficas o datos del trabajo sin
el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este puede ser obtenido escribiendo a la siguiente
dirección [email protected]_. Si el permiso se otorga, el usuario deberá dar el agradecimiento
correspondiente y citar la fuente del mismo.
Andrés de Luna Bugallo
Nombre y firma
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO
AGRADECIMIENTOS
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca
otorgada durante la maestría.
A la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica Eléctrica unidad Culhuacán
Sección de Estudios de Posgrado e Investigación.
Al Dr. Gonzalo Isaac Duchén Sánchez por haber creído en el proyecto y la
vez asesorado en el mismo.
Al Dr. Nikola Batina por su invaluable amistad y confianza, así como por
haberme abierto las puertas de su laboratorio para poder llevar acabo la
investigación.
ÍNDICE RESUMEN……………………………………………………………………………………………....I ABSTRACT…………………………………………………………………………………………….II HIPÓTESIS…………………………………………………………………………………………….III OBJETIVO GENERAL……………………………………………………………………………….III Objetivos particulares………………………………………………………………….……..III 1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………1
1.1. De los nanotubos: Historia, Características y Aplicaciones……………………….2 1.1.1. Estructura de los nanotubos………………………………………………...…..5 1.1.2.Propiedades de los nanotubos…………………………………………………11 1.1.3.Métodos de síntesis de nanotubos…………...………………………………..13 1.2. Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) y Microscopia de
Fuerza Eléctrica (EFM)……………………………………………………………...18
1.2.1.Modo de Contacto…………..……………………………………………….…..23 1.2.2.Modo Oscilante……..……………………………………………………………24 1.2.3.Modo no Contacto……………………………………………………………….25 1.2.4.Microscopía de Fuerza Eléctrica…………………………...…………….……25 1.2.5.Modo de Elevación………………………………………………………………28 2. METODOLOGÍA………………………...…….......……………………………………………...29 2.1.Determinación y Visualización del dispositivo………………………………………...29 2.2.Calibración de Potencial del chip IAME-co-IME 2-1……………………………….…36 2.3. Dispersión de nanotubos…………………………………….……………..................45
2.4. Depósito de nanotubos en el chip y visualización por AFM…………………...…...52
3. VISUALIZACIÓN POR MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM)…………………………………………………………………...……………..70 4. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS…………………………………………………72 5. CONCLUSIONES………………………………………………………………………...……….76 REFERENCIAS………………………………………………………………………………...…….77 ÍNDICE DE FIGURAS………………………………………………………………………………..82 ÍNDICE DE TABLAS Y GRÁFICAS………………………………………………………………..85
RESUMEN
Los nanotubos de carbón han surgido como un nuevo material viable para el desarrollo de
dispositivos electrónicos moleculares, gracias a las especificas propiedades eléctricas y
físicas que presentan. Dichas propiedades los hacen excelentes candidatos para sustituir al
silicio y favorecer la reducción en la escala de integración sobre los circuitos electrónicos,
dando paso a una nueva era en el ramo de la micro y nanoelectrónica. La presente
investigación muestra una metodología utilizando una versión del Microscopio de Fuerza
Atómica (AFM) en particular Microscopia de Fuerza Eléctrica (EFM), para poder identificar la
fuerzas ejercidas por una carga en un circuito formado por una red de nanotubos sobre
diferentes arreglos de electrodos de oro. Los resultados de este trabajo demuestra la
habilidad de esta metodología para detectar y monitorear el paso de corriente en un circuito
construido a base de nanotubos de carbón. Específicamente esta metodología permite
encontrar e identificar que partes del circuito se encuentran electrónicamente activas,
representando un gran potencial para evaluar dispositivos electrónicos en funcionamiento a
nivel nanométrico.
I
ABSTRACT
Carbon nanotubes had emerged as a viable electronic material for molecular electronic
devices because of their unique physical and electrical properties. These properties make
them excellent candidates to replace silicon and encourage reductions in the integration scale
of electronic circuits, giving way to a new era in the field of micro and nanoelectronics. This
research shows a methodology using Electric Force Microscopy (EFM), a version of Atomic
Force Microscope (AFM) in order to identify electric forces in a circuit formed by a network of
nanotubes on gold electrodes. The results of this work demonstrate the ability of this method
to detect the flow current in a circuit based on carbon nanotubes. This methodology allows to
find and to identify which parts of the circuit are electronically active, also it has a great
potential for evaluating electronic devices in working conditions at a nanometric scale.
II
Hipótesis
La hipótesis de este trabajo es que el Microscopio de Fuerza Atómica puede ser utilizado en
la caracterización de un circuito formado por nanotubos
Objetivo General
Por tanto, nuestro objetivo principal fue construir y caracterizar un circuito a base de
nanotubos de carbón, con ayuda del Microscopio de Fuerza Atómica.
Objetivos Particulares:
1. Caracterización de los nanotubos adquiridos por medio de AFM.
2. Encontrar un dispositivo óptimo para depositar nanotubos.
3. Establecer contacto eléctrico entre los electrodos del dispositivo y un solo nanotubo.
4. Visualización de la morfología y topología del circuito por AFM.
5. Aplicación de potencial a los electrodos que formen parte del circuito y visualizar su
efecto por AFM.
6. Visualización y caracterización del circuito formado por nanotubos por microscopía de
fuerza electrostática (EFM).
III
1
1. INTRODUCCION
La presente tesis se planteó como objetivo central el diseño, construcción y caracterización
de un circuito formado por nanotubos de carbón. Para ello, este trabajo debió dirigirse
primeramente a la elección de un posible dispositivo – o dispositivos – que contara con un
par de electrodos candidatos para la colocación de nanotubos. En seguida, buscamos poder
desaglomerar los nanotubos de su estado natural, así como desarrollar una metodología
para depositarlos a través de los electrodos del dispositivo. Posteriormente, con ayuda del
microscopio de fuerza atómica, visualizar la morfología del circuito.
Como todo trabajo de investigación, esta tesis partió de una serie de preguntas, que
en este caso concreto tienen que ver con las propiedades y las aplicaciones de los
nanotubos en el área electrónica. Dadas las limitaciones a las que nos enfrentamos en la
ciencia, muchas veces el cumplimiento de un objetivo determinado se ve eclipsado por los
diversos problemas que supone una investigación de carácter eminentemente experimental.
Sin embargo, es no menos importante el conocimiento que puede extraerse en el proceso
que implica, y del cual esta investigación da cuenta. Una de las particularidades que
distinguen a este trabajo, y sobre la cual quisiéramos llamar la atención, es su naturaleza
pionera en el terreno de la investigación de las distintas propiedades y aplicaciones de los
nanotubos en el área electrónica. Pocos son los estudios que hasta ahora se han hecho en
México en materia de nanotecnología, y no sólo esto, sino que, además, se trata de un área
poco explorada, o bien, novedosa, en el resto del mundo. De tal manera, los resultados que
nuestra investigación arroja cobran un matiz relevante en función del desarrollo de la
nanotecnología en la actualidad.
De tal manera, el objetivo fundamental de este trabajo fue construir y caracterizar un
circuito constituido por nanotubos, por lo cual la presente investigación se centra en el
proceso que supuso la experimentación de distintos métodos para lograr dicho objetivo, así
como en la discusión de los resultados encontrados. Por otra parte, a esta discusión se suma
la información necesaria para el lector en materia de nanotubos y de los métodos por los
cuales éstos han sido estudiados. Así, en esta tesis se dará cuenta, en primer lugar, de todo
aquello que sea pertinente con respecto a los nanotubos: su historia, sus propiedades,
2
aplicaciones y la importancia que encuentran en el área de la electrónica. Por otro lado, es
necesario explicar los instrumentos de investigación que fueron utilizados en este proceso,
esto es, la Microscopía de Fuerza Atómica (AFM), y, específicamente, la Microscopía de
Fuerza Eléctrica(EFM). Una vez descritos estos dos puntos pasaremos a la exposición
detallada del proceso de investigación y a la discusión de los resultados.
1.1. De los Nanotubos: historia, características y aplicaciones.
En el año de 1985, los químicos Harold Kroto, (Universidad de Sussex, Reino Unido), James
Heath, Sean O`Brien, y Richard Smalley (Universidad de Rice, EUA), demostraron la
existencia de una nueva familia de formas elementales de carbono, denominados fulerenos
[1]. Los fulerenos son moléculas huecas de carbono, que poseen anillos pentagonales y
hexagonales.
El primer hallazgo que condujo al conocimiento de los fulerenos fueron las esferas de
carbón puro“Buckyballs”, descubiertas por Harold Kroto, Bob Curl y Rick Smalley – quienes
por este trabajo recibieran el premio Nobel de química en 1996 – , y llamadas así en honor a
Buckminster Fuller. Se trata de una nueva forma de carbono, y tiene una geometría similar a
la de un icosaedro, con la estructura de un balón de fútbol. La superficie de la imagen
entrevé las formas de buckyballs en su estructura. Estas esferas tienen una nano-estructura
compuesta por 60 átomos de carbono (su nombre químico es C60) estructurados en un
espacio cerrado y perfectamente simétrico, cuyas propiedades son extraordinarias,
especialmente como superconductores. Entre otras cosas, las buckyballs muestran la
temperatura crítica más alta que se haya encontrado en compuestos orgánicos y están muy
relacionadas a la nanotecnología.
En 1991, poco después del descubrimiento de los fulerenos, Sumio Iijima (NEC
Corporation) demostró la existencia de otro conjunto de estructuras elementales de carbono:
los nanotubos de carbono [2], que se caracterizan por tener una forma cilíndrica y por estar
rematados, en sus extremos, por semifulerenos. La denominación nanotubo responde al
hecho de que estos cuerpos cuentan con una estructura tubular con diámetros del orden de
un nanómetro (nm).
3
En virtud de sus distintas propiedades, hoy en día, los nanotubos de carbono cuentan
con una amplia gama de posibilidades de aplicación. Las distintas aplicaciones que puedan
darse a los nanotubos en los próximos tiempos son, actualmente, objeto de investigación
incluso en el área electrónica, dado que este material es sumamente prometedor. Así bien, el
almacenamiento de hidrógeno, el diseño de celdas solares, la medicina – específicamente en
el tratamiento de cáncer y en el desarrollo de sensores – y los dispositivos electromecánicos,
son algunas de las áreas que estudian y se verán beneficiadas con la aplicación de los
nanotubos. Un buen ejemplo sobre los avances que supone la investigación y consecuente
aplicación de los nanotubos se encuentra en el hecho de que, si se consigue colocar varios
nanotubos juntos, uno tras otro, sería posible construir herramientas más fuertes que el acero
y seis veces más ligeras.
En la industria electrónica, que es el área a la que pertenece este estudio, los
nanotubos han ganado un lugar privilegiado dentro del marco de investigación y las
aplicaciones prácticas a la que ésta conlleva, puesto que presentan un gran potencial como
conductores. Asimismo, hemos comprobado que, gracias a sus características especiales,
los nanotubos ofrecen la posibilidad de reemplazar al silicio en los circuitos integrados, lo que
favorecería también a su vez continuar con el cumplimiento de la ley de Moore [3].
La importancia que supone la sustitución del silicio por nanotubos estriba
principalmente en las diferencias que ambos materiales presentan como conductores. Por
una parte, el silicio ofrece una conducción difusiva [4], esto significa que en su conducción, el
electrón choca con otros electrones, lo que ocasiona pérdida de energía y por supuesto de
velocidad. Por su parte, los nanotubos tienen la característica de transportar los electrones
de forma balística [5], esto quiere decir que el electrón que logra introducirse al nanotubo por
uno de sus extremos aparece inmediatamente al final del otro extremo. Esto provoca una
transportación sin pérdidas de energía. De tal forma, al presentarse este tipo de conducción
en los nanotubos, el electrón pierde la menor cantidad de energía y velocidad.
4
Figura 1. Un ejemplo de una conducción difusiva se presenta en la unión PN donde el
electrón, una vez que se inyecta a la unión, empieza a chocar con los demás
electrones presentes perdiendo energía.
Figura 2. Muestra el caso en que se presenta una conducción balística: el electrón
pasa libremente a través de la cavidad, sin presentar una pérdida de energía
ocasionada por algún choque.
5
La mayor parte de la investigación desarrollada en torno a los nanotubos apunta hacia
esta dirección, y se espera que ésta conlleve a un gran impacto dentro de la industria
electrónica en los próximos años.
Como ha sido señalado en páginas anteriores, los nanotubos son estructuras
cilíndricas cuyo diámetro es del orden de un nanómetro. Esta estructura es fundamental para
comprender sus distintas propiedades y aplicaciones.
Entre las propiedades más importantes de los nanotubos se cuentan su conductividad
eléctrica, resistencia, elasticidad y conductividad térmica. Ahora bien, dichas propiedades
dependen básicamente del diámetro del nanotubo y del ángulo helicity, que a la vez están
definidos por los índices de Hamada [6].
1.1.2. Estructura de los nanotubos
Como ha sido señalado en las páginas anteriores, los nanotubos son estructuras cilíndricas
cuyo diámetro es del orden de un nanómetro. Esta estructura es fundamental para
comprender sus distintas propiedades y aplicaciones.
Existen principalmente dos tipos de nanotubos: el nanotubo de pared única y el
nanotubo multicapa. La forma más sencilla de imaginar un nanotubo de pared única es
pensar en una hoja perfecta de grafito – un mineral untuoso, de color negro y lustre metálico,
constituido por carbono cristalizado en el sistema hexagonal –, enrollada de tal manera que
forme un cilindro (Figura 3), destacando la unión prefecta entre los anillos hexagonales
Figura 3. Muestra la manera más sencilla de imaginar a un nanotubo
6
El diámetro interno (diámetro de átomos) es determinante para la estructura de un
nanotubo. En el caso de los nanotubos de pared única el rango más común que se encuentra
va de 0.8 nm hasta 2.5 nm., aunque se ha conseguido sintetizar nanotubos con un diámetro
de 0.4 nm.
Sin embargo, este último parámetro requiere de cierto grado de consideración en
relación con el costo energético que demanda, puesto que a menor diámetro en el nanotubo,
el nivel de estrés y costo energético aumentará. Es decir, al transportar energía a través de
nanotubos con un diámetro de 0.4 nm., tanto el rango de error como el de costo se
incrementan considerablemente. Por lo tanto, el valor óptimo experimental del diámetro de un
nanotubo es de 1.4 nm. Este diámetro permite una mayor libertad frente a un menor costo
energético, sin perder por ello un buen tamaño en el nanotubo.
Otro aspecto importante en este tipo de nanotubos es la forma en que se enrolla la
hoja de grafito; esto puede generar estructuras simétricas paralelas y perpendiculares al eje x
del nanotubo (Fig. 4, a y b), o bien, una estructura no tan simétrica, como se muestra en la
Fig. 4 c.
7
Figura 4 Estructuras características de nanotubo: a) Butaca b)Zigzag c)Helical
En virtud de que existen distintos métodos para formar un nanotubo al enrollar la hoja
de grafito, es posible definir matemáticamente las características de cada tipo de estructuras
al definir el vector helicity como la posición relativa de dos sitios en la hoja de grafito (O y A),
dos número enteros n,m (índices de Hamada) y por medio de los vectores unitarios de la red
hexagonal r a 1r a 2 (ver figura 5). Por lo que el vector helicity se puede escribir de la siguiente
manera:
r C h = n
r a 1 +m
r a 2 (1.1.1)
8
Figura 5. Una hoja teóricamente perfecta de grafito para determinar el vector “helicity”.
Como se observa en la figura 5, el perímetro del nanotubo está dado por el segmento OA, el
mismo segmento correspondiente a la magnitud del vector helicity. En consecuencia, el radio
está dado por:
Rt =
r C h
2π
(1.1.1.2)
Considerando (1.1.1) y que el ángulo que forman los vectores r a 1 y
r a 2 es de 60º tenemos lo
siguiente:
r C h = a
2n2+ a
2m2+ 2nma2 cos 60°
r C h = a n
2+m
2+ nm
(1.1.1.3)
9
Teniendo en cuenta que r a 1 =
r a 2 = a
Finalmente, al reemplazar (1.1.1.2) en (1.1.1.3), se obtiene la expresión para determinar el
radio de un nanotubo en condiciones de equilibrio:
Rt =
r C h
2π=a
2πn2 +m2 + nm (1.1.1.4)
La longitud de enlace entre átomos de carbono es de 1.42 Å, valor que fue medido por Spires
Brown en 1996 y corroborado por Wilder en 1998 [7]. Dado que cada celda unitaria de la red
hexagonal de grafito contiene 2 átomos de carbón, y que a su vez la celda está determinada
por lo vectores r a 1r a 2 (como se mencionó con anterioridad), la magnitud de estos vectores
r a 1 =
r a 2 = a = 2.46Å
Con este resultado es posible obtener cada expresión para cada tipo de nanotubo:
Nanotubos helical (n>m>0):
Rt =a
2πn2+m
2+ nm
Nanotubos Butaca (n=m):
Rt =a
2πn 3
Nanotubos Zigzag (m=0):
Rt =a
2πn
10
Determinación del ángulo helicity
De la definición del producto escalar se tiene:
r C h ⋅ a1 =
r C h a1 cosθ (1.1.1.5)
Despejando el coseno del ángulo:
cosθ =
r C h ⋅a1r C h a1 (1.1.1.6)
Teniendo en consideración la figura w:
r a 1 = a cos 30°
r i + asen30°
r j
r a 2 = a cos 30°
r i − asen30°
r j (1.1.1.7)
Sustituyendo (1.1.2.3) en (1.1.1) tenemos que:
r C h = n +m( )a cos 30°
r i + n −m( )a sin 30°
(1.1.1.8)
Finalmente, colocando 1.1.2.4 y 1.1.1.2 en 1.1.2.2:
cosθ =n +m( )a cos 30°
r i + n −m( )a sin 30°
a 2 n2 +m2 + nm
cosθ =2n +m
2 n2 +m2 + nm
(1.1.1.9)
De esta última expresión para el ángulo, se puede apreciar que es totalmente dependiente
de los índices de Hamada [6].
11
Una vez más, podemos establecer las expresiones para cada tipo de nanotubo:
Nanotubos helical (n>m>0):
cosθ =2n +m
2 n 2 +m2 + nm
Nanotubos Butaca (n=m):
cosθ =3n
2n 3=
3
2= 30°
Nanotubos Zigzag (m=0):
cosθ =2n
2n= 1
1.1.2. Propiedades de los nanotubos de carbono.
Las propiedades eléctricas, moleculares y estructurales de los nanotubos de carbón están
determinadas por la estructura unidimensional que los representa. Las propiedades más
destacables son las siguientes: conductividad eléctrica, transportación de electrones, y
propiedades mecánicas.
La conductividad eléctrica se determina con base en el vector helicity. Con respecto al
vector helicity cabe mencionar lo siguiente. Es posible contar con una serie de variaciones en
las características eléctricas del nanotubo a partir de la forma en que se enrolle la hoja de
grafito. En algunas ocasiones, por ejemplo, la hoja no se enrolla perfectamente, lo cual
quiere decir que se enrolla con cierto ángulo, esto produce determinadas características
eléctricas en el nanotubo. Si éste se enrolla perfectamente, presenta un comportamiento
metálico, o bien, si se enrolla con un determinado ángulo, presentará un comportamiento
semiconductivo. De tal forma, al determinar el vector – o sea, el ángulo con el que se enrolló
– será posible determinar qué clase de comportamiento presentará el nanotubo.
12
Los nanotubos de carbón de diámetro pequeño poseen una estructura más estable y,
por lo tanto, son mejores conductores. De tal forma, este tipo de nanotubos pueden ser
metálicos o semiconductores. Es decir, en el primer caso, los nanotubos pueden tener el
comportamiento de un material metálico, lo que significa que la energía para pasar un
electrón a través del tubo es menor en comparación con un nanotubo que presenta un
comportamiento semiconductivo; estas diferencias se derivan a partir de las propiedades de
la tabla periódica de los nanotubos de carbón (ver figura 6).
Se ha demostrado que, para que un nanotubo tenga carácter metálico, la diferencia
entre los índices de de Hamada tiene que ser de tres, en el caso contrario, el nanotubo
tendrá un comportamiento semiconductor.
Figura 6. Tabla periódica de los nanotubos donde es posible determinar las
propiedades electrónicas de los nanotubos.
Transportación de electrones
Uno de los fenómenos más interesantes que presentan los nanotubos de carbono es la
forma en que los electrones viajan a través de la cavidad, esto es la conducción de
electrones; si el nanotubo no presenta muchos defectos en su estructura, el electrón viaja de
13
manera balística [8], como mencionamos anteriormente, la conducción balística implica que
el electrón que logra introducirse al nanotubo por uno de sus extremos aparece
inmediatamente al final del otro extremo. Esto genera una transportación sin pérdidas de
energía. Por otro lado, si el nanotubo presenta algunos defectos, el fenómeno por el cual se
transportan los electrones en los nanotubos está dominado por un efecto de túnel [9], en el
cual el nanotubo realiza la función de una guía de onda, en el que se registra mayor pérdida
de energía.
La estructura molecular de un nanotubo es muy estable, en este sentido dicha estructura
encuentra una similitud con la estructura del diamante. Debido a ello, los nanotubos
presentan una gran dureza. Ahora bien, gracias a su longitud, los nanotubos son además
flexibles, lo que los convierte en estructuras sumamente atractivas para aplicaciones en la
rama de materiales [10].
1.1.3. Métodos de síntesis de nanotubos.
Producir nanotubos de carbono es una tarea difícil si se tiene en cuenta que debe
controlarse algunos aspectos como perímetro, ángulo, longitud, pureza. Existen varios
métodos para obtener nanotubos de carbono, los cuales ofrecen ventajas y desventajas.
Entre los métodos más comunes se encuentran el método de descarga de arco, vaporización
por láser y deposición química en fase de vapor.
Método de descarga de arco.
Este método fue diseñado inicialmente para producir fulerenos, es el método mas
común y quizás la manera más fácil de producir nanotubos de carbono; sin embargo, esta
técnica produce una mezcla de componentes extra debido a los metales catalizadores
presentes en la producción, mismos que deberán ser removidos mediante un proceso de
purificación si se quiere contar solamente con nanotubos de carbón [11].
En el método de descarga de arco, los nanotubos se producen gracias a una chispa
en forma de arco que se crea en 2 electrodos de carbón separados a una distancia de 1mm,
14
introducidos en un pequeño reactor lleno un gas inerte (argón, helio) a baja presión (entre los
50 y 700 mbares), como se muestra en la figura 7. Una corriente directa de 50 a 100 A
conducida por 20 volts aplicada a los electrodos, incrementa la temperatura, creando una
descarga entre los dos electrodos, la descarga ocasiona que uno de los electrodos se
evapore en un plasma caliente y cuando se enfríe nuevamente, parte del carbón se
condensa formando nanotubos. La suma total de los nanotubos que se producen mediante
este método está en función de qué tan uniforme sea el plasma y la temperatura del
electrodo donde se depositan los nanotubos
Figura 7. Método de descarga de arco. (Nanotechnology Handbook)
Si se desea crear nanotubos de pared única con este método, el electrodo que actúe
como ánodo debe ser dopado con un metal catalizador (Fe, Co, Ni Y o Mo). La calidad y
cantidad de los nanotubos dependerá de la concentración del metal, la presión de gas inerte,
el tipo de gas, y la geometría del sistema que se utilice. El diámetro que se obtiene
usualmente mediante esta técnica es de 1.2 a 1.4 nm.
Si, por otra parte, se desea producir únicamente nanotubos multicapa, ambos
electrodos tienen que ser sólo de carbón, pero, en este caso, junto con los nanotubos habrá
otros productos como fulerenos, carbón amorfo y alguna hojas de grafito. Esto demandaría,
15
además, un tratamiento para separar los componentes sobrantes de los nanotubos. El valor
del diámetro interno es de 1 a 3 nm y el radio externo de aproximadamente 10 nm. [12]
Método de vaporización por láser
Esta técnica utiliza un láser que vaporiza un electrodo de grafito mediante la aplicación
que puede ser continua o por pulsos [7]. Dicha aplicación será llevada a cabo en un horno a
1200º C, que debe estar lleno de helio o argón para poder mantener la presión a 500 Torr.
Mediante este proceso se genera un vapor muy caliente que se expande y se enfría
rápidamente, ocasionando la formación de pequeñas moléculas y átomos de carbón que al
condensarse forman largos clusters y fulerenos.
A su vez, el catalizador se condensa igualmente, aunque de manera más lenta,
adhiriéndose a los clusters y previniendo que se cierren y se conviertan en cajas de carbón.
De esta forma, comienzan a crecer moléculas tubulares que forman nanotubos de pared
única. Al igual que con el método del arco, si se quiere obtener nanotubos multipared será
necesario que el material al cual se le aplica el láser sea únicamente grafito.
Figura 8. Método de vaporización de láser(Nanotechnology Handbook)
16
Método de Deposición Química en fase de Vapor (CVD)
La síntesis de nanotubos por deposición química en fase de vapor requiere la
colocación de una capa delgada de algún catalizador (Fe Co Ni) en un pequeño horno que es
calentado de unos 600º C a 900º C. Lentamente, deberá introducirse gas de metano,
benceno o acetileno, lo que provoca que se liberen átomos de carbón en el sustrato y se
formen nanotubos. Este método permite tener un mejor control en el crecimiento,
posicionamiento, alineación y diámetro de los nanotubos [13].
:
Fig. 9. Método por Deposición Química en fase de vapor
17
A continuación se presenta una tabla comparativa de los tres métodos para la obtención de
nanotubos:
Método Descarga de arco Deposición
Química en fase
de vapor
Vaporización por
láser
Nanotubos
unicapa
Nanotubos cortos
de diámetro 0.6 a
1.4nm
Nanotubos largos
de diámetro 0.6 a
4nm
Grandes bultos de
nanotubos con
diámetros de 1 a
2nm
Nanotubos
de pared
múltiple
Nanotubos cortos
de diámetro
interior de 1 a 3nm
y exterior 10nm
Nanotubos largos
de diámetro de 10
a 240nm
No es de interés
mediante esta
técnica ya que es
muy costoso
Ventajas Es fácil crear
nanotubos unicapa
y multicapa con
pequeños defectos
en su estructura, a
no muy elevado
costo
Producción
industrial, el
método es muy
simple, nanotubos
largos, control del
diámetro, mucha
pureza
Nanotubos de
pared única de alta
calidad, buen
control en su
diámetro, pocos
defectos en su
estructura y pureza
Desventajas Los nanotubos son
cortos, crecen en
diferentes
posiciones y
necesitan de un
proceso de
purificación
Se crean más
nanotubos
multicapa y
unicapa, que
suelen tener
algunos defectos
en su estructura
El costo es alto ya
que se requieren
lásers costosos y
un equipo de alta
potencia
Tabla 1. Tabla comparativa de los diferentes métodos de producción de nanotubos
18
1.2. Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) y Microscopía de Fuerza Eléctrica (EFM).
Como se ha señalado con anterioridad, un objetivo de esta investigación fue la
caracterización de un circuito formado por nanotubos de carbón. Este proceso fue llevado a
cabo por medio del uso de la Microscopía de Fuerza Eléctrica. De esta manera, la técnica
microscópica que aquí utilizamos es de suma importancia y será descrita a continuación.
Ahora bien, dicha técnica se deriva de la Microscopía de Fuerza Atómica, y es, como
veremos en breve, una combinación de dos técnicas desarrolladas a partir de la misma. Por
lo tanto, describiremos en primer lugar las características y usos que ofrece la Microscopía
de Fuerza Atómica para centrarnos más adelante en la Microscopía de Fuerza Eléctrica.
La Microscopía de Fuerza Atómica es una técnica microscópica que presenta una
resolución lateral y vertical inferior a la distancia típica entre átomos (0.2 A), con la cual es
posible obtener imágenes capaces de cubrir un intervalo de micras hasta unos pocos
ángstroms (1x 10-10 m). Además, esta técnica presenta la cualidad de poder funcionar en
cualquier ambiente: vacío, líquido, aire, alta presión, bajas temperaturas y con celdas
electroquímicas.
Esta técnica microscópica ha sido muy utilizada para realizar estudios de análisis de
superficies en ciencias físicas. También se ha comenzado su uso como herramienta de
análisis en el campo de la biología. En esta área, el uso del AFM ha tenido un rápido
desarrollo para la construcción de puntas que sirven al medir fuerzas de interacciones
específicas en diversas células. Es importante destacar que con el AFM no existe tanta
restricción sobre el tamaño del espécimen que se requiera examinar – las muestras
biológicas, por ejemplo, van desde los tamaños que comprenden moléculas individuales
hasta células o tejidos. Aunado a esto, las imágenes pueden ser analizadas en su estado
nativo, ya que se trata de una técnica no invasiva.
19
Figura 10. Microscopio de fuerza atómica (AFM) (Nanoscope III –Multimode SPM,
Digital Instruments, California). En la cabeza del microscopio se aloja el sistema óptico
de detección del láser, los tornillos micrométricos de posicionamiento del láser, el
fotodetector, la muestra, así como los tornillos de posicionamiento de la muestra. El
escáner piezoeléctrico realiza el desplazamiento de la muestra en las tres direcciones:
X,Y,Z. La base antivibracional, nos permite aislar al AFM de ruidos mecánicos.
El microscopio de fuerza atómica fue inventado en 1986 por Binning, Quate y Gerber
[14]. La importancia de esta técnica microscópica estriba en la manera en que el AFM
registra la información de la superficie de una muestra, esto es, a través del movimiento de
una punta muy delgada y aguda sobre la muestra. La punta se encuentra situada en el
extremo de un pequeño brazo de palanca. Al moverse la punta sobre la superficie de la
muestra que se desea examinar, el brazo se dobla en respuesta a la fuerza de interacción
atómica entre la punta y la superficie en un área cercana a los 2nm.
Escáner piezoeléctrico
Base Antivibracional piezoeléctrico
Base
Cabeza
20
Figura 11. El “cantilever” o brazo de palanca y la punta entran en contacto con la
superficie de una muestra, registrando interacciones atómicas entre ellas.
El primer AFM utilizaba un microscopio electrónico de barrido y tonelaje (STM,
Scanning Tunneling Microscopy) para detectar el doblez del brazo de palanca en presencia
de la superficie, pero los microscopios de fuerza atómicos más recientes utilizan un
dispositivo óptico. Una de las ventajas inmediatas que ofrece este nuevo tipo de microscopio
es que la punta ya no necesita ser conductora y por lo tanto las propiedades de conducción
de electrones de la muestra por analizar ya no son importantes.
En otras palabras, la punta del AFM se mantiene en la misma posición todo el tiempo
y es la muestra la que se mueve bajo la punta. Esto se consigue por medio de la colocación
de la superficie sobre el extremo de un cilindro hecho a base de un material piezoeléctrico, el
cual, al aplicarle una diferencia de potencial, cambia sus dimensiones. Por medio del material
piezoeléctrico es posible mover la muestra en cualquier dirección en el espacio.
Cantilever
Punta
Fuerzas entre la punta y la superficie
21
Existe un proceso determinado para acercar la punta a la superficie, debido a que la
distancia entre ambas debe ser mínima, del orden del ángstrom. De no observarse los
cuidados necesarios, se corre el riesgo de, además de dañar la superficie de la muestra,
dañar también la punta. Así, este proceso consiste en acercar la punta a la muestra haciendo
girar unos tornillos micrométricos localizados en la base del microscopio.
Para llevar a cabo este proceso, se cuenta además con un microscopio óptico, con el
cual es posible observar la punta y colocarla en el área de interés sobre la muestra. Después
de esto, se comienza a acercar la punta con la ayuda de un motor de pasos, el cual aproxima
lo suficiente la punta para que las fuerzas de interacción comiencen a ser detectadas por el
microscopio y el programa de la computadora pueda concluir con la tarea.
La punta del AFM se reflecta debido a la interacción atómica entre la superficie a
analizar y la misma punta. El dispositivo óptico empleado para detectar la deflexión del brazo
de palanca consiste en un láser que incide sobre el brazo de palanca y que se refleja hacia
un fotodetector dividido en cuatro cuadrantes.
Figura 12. Principio de detección de la deflexión del cantilever entre la muestra y la
punta mediante haz de un láser y fotodetector.
22
La resolución del AFM depende del tamaño del área analizada de la muestra, ya que
el AFM puede tomar 512 x 512 datos, sin importar qué tan grande sea el área analizada, de
modo que entre más pequeña sea la muestra, mayor será la resolución [15].
El conjunto de puntos tomados por el AFM se pueden representar como una imagen
en tres dimensiones, en donde las alturas relativas entre punto y punto se diferencian por
tonalidades. Las partes más claras representan zonas de mayor altura, respecto al valor
determinado como medio, y las zonas más oscuras representan las zonas de menor altura
en la superficie. Esto permite identificar la altura de los objetos de la superficie y detectar
rugosidades, así como analizar las muestras a nivel atómico, aunque todo el sistema es muy
sensible a vibraciones externas.
Por ello, para asegurar la estabilidad y evitar interferencia de las vibraciones
producidas en el laboratorio, la cabeza del AFM (donde se encuentra la muestra, la punta, el
sistema óptico, entre otros) se encuentra suspendida a través de un sistema que posee una
frecuencia natural de vibración del orden de 1 Hz. Este sistema es efectivo para eliminar
vibraciones verticales y horizontales del medio ambiente. Además, el material con el que está
fabricada la cabeza del AFM es rígido, y observa una frecuencia natural de vibración alta, del
orden de kHz. Gracias a esta combinación de frecuencia de resonancia, se logra eliminar
ruidos de vibración provenientes del laboratorio con frecuencia entre los hertz y los kilohertz.
Por otra parte, los brazos de palanca comunes poseen una frecuencia natural de
vibraciones mayores a 80 kHz, lo que ayuda al aislamiento vibracional. El ruido acústico
también representa un problema para las mediciones del AFM, por ello se requiere de
laboratorios aislados, sin ruido. De tal forma, resulta conveniente colocar una caja de
protección sobre el AFM [16], e instalar el AFM en un lugar donde tanto la mesa como el piso
estén protegidos contra las vibraciones.
El AFM puede operar en dos modos principales: el modo de fuerza constante y el
modo de altura constante. La diferencia entre ambos parte de si el sistema de
retroalimentación se encuentra activo o no. El sistema de retroalimentación es un sistema
que permite corregir la distancia entre la punta y la muestra, dependiendo de la señal
23
recibida correspondiente a la fuerza de interacción atómica. Al mismo tiempo, el AFM mide
esta fuerza como un parámetro independiente.
Si el sistema de retroalimentación se encuentra activado, entonces el material
piezoeléctrico responderá a cualquier cambio de fuerza, conforme la punta se mueva sobre
la superficie, alternando la separación de la punta y la muestra con el fin de reestablecer el
valor predeterminado de la fuerza. A esta variedad de le conoce como el modo de fuerza
constante, y se recomienda para muestras sólidas, duras y/o cristalinas.
Si, por el contrario, el sistema de retroalimentación está desactivado, entonces el
microscopio operará con una separación entre la punta y la muestra constante, por lo que a
esta variante se le llama modo de altura constante. Este modo es útil para analizar
superficies muy planas con una alta resolución [17].
Sin embargo, debido a que la fuerza entre la punta y la superficie es una función
complicada de la separación, existen diferentes tipos de imágenes que se pueden obtener
con el AFM. Las tres principales clases de interacción son: modo de contacto, modo oscilante
o intermitente y modo de no-contacto.
Existen diferentes tipos de puntas que pueden ser utilizadas en la microscopía de
fuerza atómica para explorar distintas propiedades de una muestra. El tipo de punta usada
más comúnmente es de silicio. Sin embargo, hay puntas fabricadas con diferentes materiales
que convierten a las puntas en conductoras, o pueden ser recubiertas con materiales
ferromagnéticos para sensar el campo magnético presente en una muestra
1.2.1. Modo de contacto.
Como su nombre lo indica, en este modo la punta está en contacto con la muestra todo el
tiempo. Por contacto, lo que se quiere decir es que se encuentra en el régimen repulsivo de
las fuerzas interatómicas. Para el modo de operación de fuerza constante, la deflexión del
brazo de palanca producida por la interacción entre la punta y la muestra se utiliza para
24
reajustar la posición del eje z del piezoeléctrico de tal forma que la deflexión se mantenga
constante durante el movimiento de la punta sobre la superficie [18].
Uno de los problemas más frecuentes al analizar una muestra con el AFM es que, al
momento en que la punta recorre la superficie, ésta se encuentre con una protuberancia y,
dada la velocidad de barrido, no tenga tiempo para levantarse, llevando consigo parte del
material. La separación de la muestra es monitoreada durante el análisis y se incorpora como
una señal de entrada para el sistema de retroalimentación. Cuando aparece una diferencia
en la separación de la muestra, el AFM la utiliza para corregir la separación y contrarrestar la
diferencia.
El modo de contacto no es conveniente para muestras suaves puesto que, al tener
activo el sistema de retroalimentación, es posible dañar la muestra por el simple hecho de
colocar la punta sobre la superficie y moverla.
1.2.2. Modo oscilante.
En esta variante, el brazo de la palanca oscila a su frecuencia natural de resonancia en
forma vertical, usualmente en el orden de cientos de kHz. Tal vibración se consigue por
medio de otro material piezoeléctrico colocado en la base del brazo de palanca. Al estar
vibrando, la punta toca intermitentemente la superficie, es decir, entra la parte repulsiva del
potencial intermolecular y de este modo está en contacto con la superficie únicamente por un
lapso corto, reduciendo la fuerza lateral sobre la punta y el riesgo de producir un daño
inelástico a la superficie, como el llevarse material consigo. Por el reducido tiempo de
contacto entre la muestra y la punta, este modo es conveniente para muestras suaves, para
minimizar daño. [19]
Es posible obtener otras imágenes por el medio del modo oscilante, como ejemplo se
encuentra la imagen de fase. La base de esta técnica es la disipación de la energía durante
la oscilación. Si se analiza cierta área en la cual hay cambios en la viscoelasticidad,
tendremos un cambio en la frecuencia de oscilación de la punta. Dicha imagen se obtiene
midiendo las diferencias de fase entre las oscilaciones de material piezoeléctrico del brazo de
25
palanca y las oscilaciones detectadas. Por medio de las imágenes de fase se pueden
estudiar propiedades como dureza y viscoelasticidad de la muestra.
1.2.3. Modo de no-contacto.
En este modo, el brazo de la palanca oscila sobre la superficie a una separación en la cual
nos encontramos en la zona atractiva o repulsiva de las fuerzas entre la punta y el sustrato.
Hablamos de fuerzas electrostáticas, magnéticas o Van der Walls [20]. El principio de
medidas en esta fuerza es desarrollado para el análisis de conductividad, capacitancia
(acumulación de carga) y otras propiedades fisicoquímicas que no pueden ser observadas
con otro tipo de microscopios.
1.2.4. Microscopía de Fuerza Eléctrica.
La Microscopía de Fuerza Eléctrica (EFM) es otra de las técnicas microscópicas de sonda de
barrido. Esta técnica es utilizada para detectar y medir potencial eléctrico superficial en
muestras de materiales. La medición de potencial permite dar un perfil de la distribución
superficial de los dominios de carga eléctrica, a través de imágenes de alta resolución.
Como las demás técnicas de SPM, la microscopía de fuerza electrostática utiliza una
punta para sondear la superficie de la muestra; esta técnica trabaja en el modo de no-
contacto, debido a que la punta hace el barrido a una determinada distancia de separación
sobre la superficie; para medir el potencial, la distancia de separación con respecto a la
muestra no se mantiene constante, ya que esta distancia varía de acuerdo a la magnitud de
la fuerza producto de las variaciones de carga acumulada. En este caso, lo único que se
mantiene constante es la flexión en la micropalanca, de esta forma se logra obtener una
imagen de diferencia de potencial, ya que las variaciones en la distribución de carga
provocan variaciones de diferencia de potencial entre la punta y la muestra. [21]
26
Figura 13. La amplitud de la vibración de la punta cambia conforme se mueve a lo
largo del campo eléctrico de la muestra.
Inicialmente, esta técnica fue utilizada sólo para medir carga superficial local. Uno de los
objetivos que se pretende alcanzar con esta técnica es lograr ver la estructura electrónica de
moléculas o agregados moleculares. Se ha vuelto una herramienta en pruebas de calidad de
microcircuitos electrónicos (microchips), para verificar su eficiencia.
Con la técnica EFM, únicamente es posible caracterizar muestras que presenten
propiedades relacionadas con carga eléctrica, que pueden ser materiales conductores o
aislantes con carga superficial. Cuando se caracteriza una muestra de algún material
conductor se mide el potencial superficial; cuando es un material aislante se mide la carga
superficial. En cualquiera de los dos casos, el fenómeno que flexiona a la punta es producto
de una fuerza repulsiva o atractiva de tipo coulomb. En otras palabras, la punta siente una
fuerza que es directamente proporcional al producto de la carga de la punta multiplicada por
la carga presente en el punto de sondeo y es inversamente proporcional al cuadrado de la
separación entre la punta y la muestra [22]. Por esta razón, la medición de potencial o carga
superficial se realiza de forma indirecta a través de la ley de Hook [23], puesto que el
instrumento en realidad registra la magnitud de las variaciones en la flexión de la punta.
27
Figura 14. La punta es flexionada exclusivamente por efecto de fuerzas electrostáticas
En la figura 14 se muestra el caso general en que la punta y la muestra son dos cuerpos
cargados; de tal forma que la fuerza eléctrica que produce la flexión de punta esta dado por:
Donde K es la constante de restitución de la punta, ∆Z es la magnitud de la flexión, Qp
la carga de la punta, Qm carga de la muestra y Z la distancia entre la punta y la muestra.
Las técnicas de SPM han permitido un gran desarrollo en la nanotecnología, que
asimismo se relacionan con la electrónica. Un claro ejemplo de esto es el desarrollo del
nanochip o NIC (Nano Integrated Circuit), que es un microprocesador constituido por 1.6x 10
transistores. Se trata de un avance más en esta área, donde componentes electrónicos de
las dimensiones expuestas requieren de equipos de medición que permiten trabajar a dichas
escalas, y donde el EFM es uno de los instrumentos que cumple con los requerimientos
necesarios.
28
1.2.5. Modo de elevación.
El Nanoscope III (Multimode SPM, Digital Instruments) empleado en este trabajo, cuenta con
un modo de operación en EFM y MFM conocido como modo de elevación. Esta variación se
caracteriza por trabajar con dos técnicas al mismo tiempo, ya que el EFM no puede adquirir
imágenes de altura, por lo tanto, utiliza la técnica de modo oscilante AFM como auxiliar para
obtener en primera instancia la topología del circuito, posteriormente la punta se eleva cierta
altura determinada por el operador, realizando un segundo barrido sobre la muestra pero sin
tener contacto directo con la misma.
La captura de una imagen en esta modalidad toma tiempo, pero la adquisición de
estos datos, en la misma región y al mismo tiempo, es de gran ayuda para interpretar las
imágenes.
29
2. Metodología
2.1. Determinación y visualización del dispositivo
La determinación y visualización de un dispositivo que más adelante hiciera posible la
construcción de un circuito formado por nanotubos constituyó la primera etapa de este
trabajo. En aras de conseguir resultados óptimos, a lo largo de nuestro estudio probamos con
diferentes dispositivos y los distintos recursos que éstos podrían brindar, con la finalidad de
hallar el que más se ajustara a las necesidades de la investigación.
Como ejemplo de ello, la experimentación con una memoria ROM – que puede
conseguirse en cualquier tienda especializada de electrónica – fue uno de los primeros
acercamientos que se hicieron en la búsqueda de un dispositivo funcional. De tal forma, se
procedió a cortar lo que se conoce como el recubrimiento de la memoria ROM por la mitad y
se observó con el microscopio óptico. Sin embargo, una vez hecho esto, notamos que la
memoria estaba demasiado poblada por dispositivos electrónicos, lo cual dejaría una escasa
oportunidad de localizar con facilidad un solo par de electrodos, por lo que se optó por
desechar esta posibilidad.
Figura 15. Imagen del microscopio óptico, Memoria ROM. Un sobrepoblamiento de
dispositivos.
30
Más adelante, se optó por buscar un chip en la Internet, que fuese de producción
comercial y que, a la vez, no tuviera tanta aplicación como los integrados de aplicación
común (ROMs, Compuertas, Transistores, etc.) Después de una ardua búsqueda,
encontramos un chip para aplicaciones biológicas IAME-co- IME, fabricado por la compañía
Abstechsci USA, y utilizado principalmente para cultivos de células y sensores biológicos.
Dadas sus características y diseño, resultó el candidato ideal para la investigación.
La figura 16 muestra el diagrama interno del chip, que consta de dos secciones: la
sección I, definida por cuatro electrodos de 2µm de ancho y 1µm de separación con una
longitud total de 3mm. La sección II, que consta de dos electrodos pero con terminación cada
uno de ellos de 5 electrodos respectivamente. Todo esto ofrecía un total de 10 electrodos,
cada uno de ellos con de 2µm de ancho y 1µm de separación, con una longitud total de
3mm, para las conexiones externas cuenta con 6 electrodos de 2mm de ancho y 7mm de
largo. El chip se encuentra recubierto por una capa de Si3N4, con excepción de dos áreas: los
electrodos de trabajo y los electrodos que sirven para conexiones externas. Otro factor
importante era el tamaño total del chip de 1cm2 lo que también resultó perfecto ya que el
área para poner las muestras en el microscopio no puede exceder de 1.5cm de ancho.
31
Imagen 16. Chip IAME-co-IME 2-1. Los electrodos de oro fueron fabricados en un
sustrato Si3N4 en un área rectangular de 1cm x 1cm, las dos secciones están definidas
por electrodos independientes, la sección I consta de 4 electrodos, mientras que la
sección II son 2 arreglos de 5 electrodos cada uno.
Posteriormente a su adquisición, el chip se colocó en el microscopio de fuerza atómica
con el fin de visualizar los electrodos y determinar la distancia entre ellos, de manera que se
comprobara la información proporcionada por el fabricante y para medir la dificultad que
supondría obtener imágenes de los electrodos.
La sección I fue la primera parte del chip sometida al escaneo por el microscopio. Las
distancias medidas en el ancho y en la separación de los electrodos se acercaron mucho a
los datos que se habían proporcionado: el ancho de los electrodos que se registró fue
1.97µm, y la separación entre ellos 1.12 µm. Además de esto, mediante las imágenes
obtenidas en el microscopio descubrimos una nueva propiedad interesante del chip que no
32
fue mencionada con anterioridad: gracias a la figura 17 y al procesamiento en 3D, se aprecia
que el proceso de fabricación de los electrodos está por debajo del sustrato.
Otro detalle importante que se observó en los electrodos durante la visualización fue la
presencia de irregularidades en cada orilla derecha de cada electrodo, tampoco mencionado
por el fabricante. La siguiente figura (17) registra que la estructura de la orilla izquierda de los
electrodos está bien definida en comparación con la otra orilla del electrodo, de aquí la
importancia de caracterizar y visualizar el chip por medio de la Microscopía de Fuerza
Atómica.
Figura 17. Imagen de AFM (24µm x 24µm, Z=2µm). Sección I del chip IAME-co-
IME. Se observa una diferencia de alturas entre el sustrato y los electrodos del chip.
33
Figura 18. Imagen de AFM (8µm x 8µm). Sección I chip IAME-co-IME. La estructura de
los electrodos muestra defectos en las orillas del lado derecho de cada electrodo
debido al proceso de fabricación.
34
Figura 19. Imagen de AFM de la Sección I del chip en 3D, muestra los 4 electrodos correspondientes aislados entre sí,
con la particularidad de que se encuentran por debajo del sustrato, las distancias entre los electrodos y el ancho del
chip son de 1.12µm y 1.97µm respectivamente.
35
Figura 20. Imagen de AFM en 3D de la Sección II del chip, de la misma forma se escaneó los electrodos de la otra
sección del chip, donde se observa claramente que la distancia entre el punto más bajo de los electrodos y la
superficie del sustrato es de 400nm, de nueva cuenta las medidas realizadas coincidieron con las del fabricante.
36
2.2. Calibración de potencial en el chip IAME co IME 2-1
Con el objetivo de determinar si era posible utilizar el Microscopio de Fuerza Atómica para
visualizar el potencial generado por una fuerza de voltaje a nivel nanométrico, se consideró la
aplicación de potencial sobre los electrodos del chip. A continuación, exponemos una serie
de experimentos realizados con la finalidad de obtener imágenes en las que se pudieran
observar los objetivos planteados. Los distintos experimentos llevados a cabo constan
básicamente de conectar los electrodos del chip con variados voltajes durante el escaneo de
la muestra; los electrodos se enumeran de izquierda a derecha en orden ascendente siendo
1 el electrodo más hacia la izquierda y 4 el electrodo ubicado más a la derecha.
Posteriormente, por medio del software del microscopio, se obtuvieron secciones
transversales de los electrodos justamente en las partes donde se observaron cambios al
aplicar el voltaje.
1. En la figura 22, se aplicó 5.3v a los electrodos 3 y 4 (el negativo de la izquierda, positivo el
de la derecha). Justo cuando la punta se encontraba en medio de la imagen, se encendió la
fuente de alimentación. Por medio del microscopio se obtuvieron secciones transversales de
los electrodos en las partes donde se registraron cambios al aplicar el voltaje.
2. Más adelante, los mismos 5.3v se colocaron en dos electrodos, sin embargo, esta vez se
movieron de lugar en diferentes tiempos, con el objetivo de notar que el potencial afecta
solamente al lugar donde está conectada la fuente voltaje (figura 23).
3. En esta ocasión, se conectaron los primeros dos electrodos de izquierda a derecha
(positivo y negativo), y se aplicó 3v durante toda la imagen (figura 24).
4. Como parte de este tercer experimento, se subió la fuente de voltaje a 5.8v, con la misma
configuración de conexión en los electrodos que en el caso anterior, y se dejaron conectados
durante toda la imagen de la misma manera que antes (figura 25).
5. El mismo experimento se repitió con la misma configuración, con la diferencia de que en
esta ocasión el voltaje aumentó a 7.3 sobre los electrodos (figura 26).
37
6. En la última parte de la calibración, se cambió el voltaje a 10.3v, con la misma
configuración de los electrodos, pero con la diferencia de que el potencial se aplicó a la mitad
del escaneo del chip (figura 27).
Figura 21. Muestra la forma en que se conectaron los dispositivos. Por una parte, para
variar el voltaje, la fuente es conectada a un circuito constituido por una serie de
resistencias, que a la vez se conectan a dos de los cuatro electrodos del chip montado
sobre el microscopio de fuerza atómica.
38
Figura 22. Imagen de AFM (44.98µm x 44.98µm, Z=1.8µm) Chip IAME-co-IME. Se observa con claridad un cambio en el
centro de la imagen entre las flechas azul y naranja (que marcan el tiempo en el que se aplicaron 5.3v), aparecen una
serie de líneas justamente en los electrodos 3 y 4, en el análisis de la sección transversal se aprecia que el electrodo
con carga negativa tiene una mayor altura con respecto al electrodo que se le aplicó carga positiva.
39
Figura 23. Imagen de AFM (44.98µm x 44.98µm) Chip IAME-co-IME. Las líneas aparecen en los electrodos a los cuales
fueron aplicados los mismos 5.3v, se pueden apreciar los momentos (marcados por las flechas) en los cuales se
desconectó la fuente para intercambiar a los diferentes electrodos.
40
Figura 24. Imagen de AFM (44.98µm x44.98µm, Z= 1.8µm) Chip IAME-co-IME. Al disminuir el voltaje a 3v, la intensidad
de las líneas se vio afectada, se puede alcanzar a observar los electrodos 1 y 2. Las gráficas del análisis transversal
muestran que las alturas de los electrodos conectados 3 y 4 no difieren mucho con respecto a los electrodos 1 y 2. La
flecha azul marca el inicio de la aplicación del potencial, mientras que la naranja el término.
41
Figura 25. Imagen de AFM (44.98µm x44.98µm). Chip IAME-co-IME. Al aumentar el voltaje de 3v a 5.8v, se volvió a
notar la diferencia entre los electrodos: las líneas más claras corresponden a la carga negativa en el electrodo 2,
mientras las líneas de la izquierda al electrodo 1 con carga positiva. En el análisis se vuelve a confirmar que la altura
registrada en el electrodo del potencial positivo es superior que la del potencial negativo.
42
Figura 26. Imagen de AFM (44.98µm x44.98µm, Z= 1.8µm). Chip IAME-co-IME. Se puede apreciar en la imagen una
mayor intensidad de las líneas de los electrodos 1 y 2, también se puede notar que los dos electrodos 3 y 4, a los
cuales no se les aplicó potencial (7.3v), ya no son parte de la imagen, como lo revela el análisis de sección ya que las
alturas que se registraron aumentaron considerablemente.
43
Figura 27. Imagen de AFM (44.98µm x44.98µm, Z=1.8µm) Chip IAME-co-IME. La misma apreciación se observó en el
último experimento con respecto a los anteriores, sin embargo, como se alcanza a notar en el electrodo 3, hay un
pequeño daño que no se había presentado con anterioridad. En el análisis de sección se puede ver que la máxima
altura registrada en este caso fue de 1.131µm.
44
A partir de los experimentos anteriores, las imágenes de sección se resumen en
la siguiente tabla y gráfica, donde se muestran aumentos en la altura que
registra la punta sobre los electrodos conforme se aumentó la diferencia de
potencial.
Figura Voltaje (v) Electrodo (+) nm Electrodo (-) nm
22 3 381.34 388.42 24 5.3 529.76 766.87 25 5.8 545.48 805.66 26 7.3 640.23 930.34 27 10.3 660.80 1131.0
Tabla 2. Muestra los diferentes valores de las alturas registradas por la
punta en respuesta a la aplicación de una serie de voltajes.
Gráfica 1. Se observan los comportamientos de las alturas de los
electrodos a los cuales se aplicó potencial, mientras que el electrodo
negativo crece con mayor rapidez, el positivo se mantiene en una altura
constante después de los 650nm.
45
2.3. Dispersión de nanotubos
Durante los distintos procesos de síntesis para la fabricación de nanotubos, se
presenta invariablemente un fenómeno de aglutinación de los mismos debido a
las fuerzas de Van der Walls [24]. Dada la importancia que tienen estas fuerzas
en el proceso de aglutinación y posterior dispersión de los nanotubos – y por lo
tanto en este trabajo –, ofrecemos a continuación una breve descripción de las
mismas.
Aunque sean apolares, todos los átomos forman pequeños dipolos
generados por la circulación de los electrones en torno al núcleo [25]. La
presencia de este dipolo transitorio hace que los átomos contiguos también se
polaricen, de tal manera que se producen pequeñas fuerzas de atracción
electrostática entre los dipolos que forman todos los átomos.
Ahora bien, a estas fuerzas de dispersión (que son propiamente fuerzas
de atracción) se opone la repulsión electrostática presente entre las capas
electrónicas de dos átomos contiguos. La resultante de estas fuerzas opuestas
es una distancia mínima permitida entre los núcleos de dos átomos contiguos.
Esta distancia se conoce como radio de Van der Walls.
El rasgo más importante de las fuerzas Van der Walls estriba en que
éstas generan la estabilización molecular al formar un enlace químico no
covalente, en el cual participan principalmente los dos tipos de fuerzas o
interacciones antes descritas, entre las capas electrónicas de dos átomos
contiguos: las fuerzas de dispersión y las fuerzas de repulsión. Esta
estabilización molecular se presenta entre las paredes de los nanotubos
actuando como un “pegamento” tendiendo a aglomerarlos [26].
46
El fenómeno de aglutinación generado a partir de las fuerzas de Van der
Walls es importante para nuestra tesis por dos razones. En primer lugar, porque
el objetivo que nos planteamos en esta parte de la investigación fue la obtención
de una imagen clara de los nanotubos. La gran dificultad que supone la
obtención de esta imagen se debe, entre otras cosas, a los problemas a los que
dicho fenómeno de aglutinación nos enfrenta, por lo que este trabajo debió darse
a la tarea de experimentar una vez más con diferentes procesos para conseguir,
en primera instancia, una dispersión favorable a nuestro objetivo.
Cabe mencionar que el fenómeno de aglutinación reviste, en segunda
instancia, características importantes en virtud de que a partir del mismo se
generan ciertas propiedades en los nanotubos que conviene tener en cuenta. De
tal manera, conseguir una buena dispersión permite explotar las diferentes
cualidades de los nanotubos. Esto, a su vez, es útil para poder caracterizarlos de
manera individual, lo que dará paso a la creación de diferentes dispositivos
electrónicos [27,28,29,30]. En otras palabras, separar exitosamente los
nanotubos de su aglutinamiento natural genera la posibilidad de trabajar sus
distintas cualidades para que, una vez caracterizados, se pueda dar paso a la
fabricación de variados dispositivos en el área electrónica.
La técnica base utilizada para dispersar los nanotubos consiste en
colocarlos en agua y añadir a ésta algún reactivo (DCE, SDS, SOS, PVP, etc.)
que ayudará a facilitar y, en su caso, a acelerar el proceso de dispersión. Esta
solución entre agua y algún otro componente se colocará en el ultrasonido
durante algunos minutos para poder desaglutinar los nanotubos.
47
Figura 28. Imagen de SEM. Muestra el problema de aglutinamiento, el
tamaño de barra es de 100nm (www.ssrl.slac.stanford.edu)
En esta imagen (figura 28) es posible observar el aglutinamiento de los
nanotubos en su primera etapa, esto es, tras el proceso de síntesis. A pesar de
que el proceso llevado a cabo para la dispersión de los nanotubos parece
relativamente fácil, conseguir una dispersión exitosa requirió de varios intentos
con diferentes soluciones y concentraciones, así como someter la solución a
distintos tiempos de sonicación, hasta encontrar los resultados deseados de
separación e individualización de los nanotubos. Uno de los problemas más
frecuentes que encontramos en este proceso fue que en varias ocasiones lo
único que se visualizaba era el aglutinamiento de los nanotubos. A continuación
se muestran tres distintas soluciones donde se obtuvieron resultados
satisfactorios.
48
Antes de pasar a la exposición de estos procedimientos es importante
mencionar que los depósitos de nanotubos se realizaron en placas de oro,
tratadas con ácido crómico-sulfúrico y enjuagadas con agua desionizada para
limpiar la superficie de las placas. Los nanotubos fueron adquiridos en
Cheaptubesinc.
La primera solución que se utilizó en el proceso de dispersión fue
H2O/SOS 10-6M por un periodo de 15 minutos en el ultrasonido. Los resultados
que se obtuvieron fueron positivos puesto que se logró visualizar nanotubos
individuales con dos características muy especiales. La primera característica
favorable que pudimos observar es que los nanotubos mostraron gran longitud
(alrededor de 50µm). En segundo lugar, el diámetro que observaron los
nanotubos fue de 350nm.
Estos resultados se deben a las características del SOS. Al usar un
detergente como el SOS, las miscelas del detergente se añadieron a los
nanotubos ocasionando que su diámetro se engrosara [30], pero, a su vez,
definiendo más su estructura tubular. Como se puede observar en la siguiente
imagen, en un área de 30 x 30 µm sólo se encontró un nanotubo, lo que hace
que este proceso de dispersión, con la solución SOS, haya sido exitoso. En la
imagen que presentamos a continuación, es posible observar un nanotubo
perfectamente separado e individualizado, lo cual comprueba que la solución
utilizada en este proceso dio resultados positivos:
49
Figura 29. Imagen de AFM en modo de altura. Se puede apreciar que se
encontró un nanotubo, lo que habla de que el proceso de dispersión con
esta solución resultó, se registró un diámetro de 350nm.
Más adelante, se utilizó una solución a base de H2O/SDS, en una
concentración de 3.46 x 10 -2 M [31]. La solución fue sometida a sonicación
durante 15 minutos. Al igual que con el SOS, se consiguió separar los nanotubos
y, en este caso, su estructura tubular también estaba bien definida. No obstante,
el diámetro de los nanotubos encontrados era menor, en promedio de 300 nm.
50
Figura 30. Imagen de AFM. Sobre una placa de Au(111) se observa un
nanotubo de carbón con una estructura bien definida a lo largo de la
imagen, se pueden apreciar diferentes “rayones” propios de la superficie
de la placa, el diámetro obtenido fue de 300nm. (30µm x 30µm).
Finalmente, escogimos el polímero PVP como reactivo para dispersar los
nanotubos. La concentración empleada consiste en 10 partes de nanotubos por
2000 partes de H2O y dos partes de PVP, la solución fue sometida a 30 minutos
de sonicación. El resultado fue totalmente diferente en comparación con las dos
metodologías anteriores. En primera instancia, el grosor de los nanotubos
disminuyó considerablemente (en promedio 90 nm).
51
Asimismo, no se observó una estructura tubular bien definida y, por último,
la longitud de los nanotubos también se vio disminuida considerablemente, a
10µ en promedio. Otra característica que cabe mencionar es que el proceso de
dispersión no fue muy exitoso, dado que se encontró una mayor presencia de
nanotubos por micrómetro cuadrado. A continuación, exponemos la siguiente
imagen, en la que es posible apreciar las características descritas:
Figura 31. Imagen de alta resolución de AFM. Se observan nanotubos
dispersos sobre una placa de Au(111), en comparación con las técnicas de
dispersión con los detergentes (SDS,SOS) las estructuras están menos
definidas, hay una mayor concentración por área y son de menor longitud.
52
2.4. Depósito de nanotubos en el chip y visualización por AFM.
Después de probar con los tres métodos expuestos anteriormente, cuya
experimentación fue llevada a cabo en la placa de oro también descrita, se
procedió al depósito de los nanotubos sobre el chip. La técnica que aplicamos
para este depósito se basó en los experimentos de C. Dekker [32]. Ésta consiste
básicamente en arrojar al azar los nanotubos sobre los electrodos, con la
esperanza de que alguno de ellos caiga sobre dos electrodos, atravesándolos y
formando de esta forma una conexión entre ellos.
En los primeros experimentos, depositamos 3 gotas de 0.2 µl de
nanotubos multicapa, dispersados en SDS/H20 3.46 X 10-2M sobre el chip. A
continuación, se dejó que la solución se evaporara en condiciones ambientales –
sin necesidad de acelerar el proceso – y después se colocó el chip en el
microscopio para observar los resultados.
Las figuras 32 y 33, obtenidas a través de estos experimentos, muestran
claramente un exceso de material sobre el chip. Por otra parte, no se logró
visualizar el mismo tipo de dispersión que se encontró sobre la placa de oro:
53
Figura 32 Izquierda (30µm x 30µm), podemos notar una clara acumulación de nanotubos sobre los electrodos,
mientras que en la figura 33 derecha (40µm x 40µm,) el exceso de material resalta a lo largo de los electrodos.
54
Los experimentos posteriores fueron realizados en la sección definida
como II del chip iame co-ime 2-1. En esta ocasión, se puso a prueba el PVP (en
la misma concentración mencionada anteriormente) como reactivo dispersor de
los nanotubos. Se depositó una gota 0.2µl de solución, con la diferencia añadida
que consistió en que, en vez de dejar que la gota se secara en condiciones
ambientales, esta vez el proceso se aceleró mediante la aplicación de aire
comprimido. Esto con el objetivo de evitar una mayor conglomeración de
material sobre el chip.
Las imágenes obtenidas fueron satisfactorias ya que, en primer lugar,
encontramos menos material sobre los electrodos del chip, y, en segundo
término, una mejor dispersión de los nanotubos
Figura 34. AFM. Sección II Chip IAME-co-IME. Se observan diferentes
partes en que los nanotubos conectan los diversos electrodos del chip.
55
En la figura 34 se muestran 6 de los 10 electrodos de la sección II del chip
y se muestra claramente cómo hay dos nanotubos que atraviesan dos
electrodos correspondientemente, mientras que la imagen 18 es un
acercamiento a uno de los nanotubos que interconecta dos electrodos.
Figura 35. Imagen de alta resolución de AFM, un acercamiento de la figura
34, Muestra un nanotubo atravesando dos de los electrodos de la
sección II del chip, también se aprecian nanotubos sobre los
electrodos.
Sin embargo, como la distancia de la parte II del chip consta de 3mm de
largo, existe una gran cantidad de nanotubos que quedaban formando una
conexión entre los electrodos, lo cual no resultaba atractivo para los objetivos de
la investigación.
56
Figura 36. Imagen de AFM en 3D de alta resolución, donde se muestra un nanotubo que conecta dos electrodos
de la sección II del chip, lamentablemente se encontraron áreas semejantes a lo largo del chip.
57
A pesar de ello, se decidió realizar algunas mediciones sobre la sección II del
chip, para corroborar que hubiera conductividad. Esto a su vez confirmaría que
es posible formar circuitos eléctricos con nanotubos de carbón. En la imagen 19
se puede observar la manera en que fueron conectadas las micropuntas para
llevar acabo las mediciones.
Figura 37. Las micropuntas sobre los electrodos de la sección II del chip
Las mediciones fueron realizadas en el laboratorio de microelectrónica en la
Sección de Estudios de Posgrado e Investigación (SEPI) Culhuacán. Las
micropuntas forman parte de la familia Microtech Cascade, cuyo diámetro era de
1.2µm fabricadas de tungsteno.
58
En la gráfica 1 se aprecian los datos obtenidos a partir de la experimentación,
observamos también un comportamiento lineal en el rango de -250mv a 250mv,
considerando que la corriente medida en el sistema fue aportada por la suma de
las corrientes de todos los nanotubos que se encuentran en paralelo.
Gráfica 2. Presentación de los datos obtenidos en las mediciones
Para obtener la resistencia total que presentó, se realizó un ajuste de curva con
el método de mínimos cuadrados [33], el circuito fue 452.07Ω dando una
conductancia de 2.212Ω-1
Gráfica 3. Ajuste lineal de los datos obtenidos por mínimos cuadrados
59
Como se ha mencionado con anterioridad, el objetivo principal que nos
planteamos fue poder caracterizar un solo nanotubo, por lo que se hizo
necesaria una técnica diferente para conseguir depositar una mínima cantidad
de material sobre los electrodos.
Este problema encontró una solución satisfactoria al utilizar la sección I
del chip, con la diferencia de que esta vez se recubrió la mayor parte del mismo
con un polímero no conductivo sylgard. Este material debía ser colocado de tal
forma que más tarde pudiese ser removido y acomodado con cierta facilidad en
la superficie del chip.
Así, el polímero debía abarcar casi la totalidad de la superficie, dejando
únicamente un pequeño espacio donde serían depositados los nanotubos. Esto,
por una parte, generaría que el área donde serían colocados los nanotubos
fuera lo más reducida posible; por otro lado, aseguraría que los nanotubos se
encontraran únicamente en esta zona del chip. La figura 33 ejemplifica la idea
del recubrimiento de los electrodos del chip por medio del polímero.
60
Figura 38. Sección I IAME-co-IME con el polímero sylgard recubriendo la
mayor parte de los electrodos, el área total disponible para el depósito de
los nanotubos fue de 25µm
El recubrimiento de la sección I del chip con el polímero se llevó a cabo
de la siguiente manera. En primer lugar, se colocó el polímero en una placa de
vidrio muy fina, utilizada normalmente como porta-muestras en los microscopios
ópticos. Posteriormente, esta placa de vidrio se colocó sobre el chip y, con la
ayuda de un microscopio óptico, la placa se fue moviendo poco a poco hasta
que el polímero abarcara casi la totalidad de la superficie, dejando únicamente
un pequeño espacio que sería el área destinada para el depósito de los
nanotubos. Una vez colocado el polímero, se dejó secar durante tres horas.
Después de esto, los nanotubos se colocaron una vez más, con la misma
técnica usada en la sección II del chip.
61
En esta ocasión, los resultados mostraron que la concentración de
nanotubos a lo largo del chip disminuyó dramáticamente. Asimismo, fue posible
observar la formación de redes de nanotubos [34,35,36] que interconectaban
dos electrodos del chip.
Durante la exploración del área con el microscopio de fuerza atómica
(AFM), decidimos aplicar potencial a través de los electrodos para observar si se
presentaba algún fenómeno parecido al que se registró al aplicar voltaje durante
el escaneo de la superficie.
En la figura 39 se observa la morfología del circuito formado por dos
electrodos y una red de nanotubos con baja interconectividad a través de ellos.
El electrodo de la derecha se conectó a una carga negativa, mientras que el
electrodo de la izquierda fue colocado a tierra. Aquí, es posible comenzar a ver
algunas líneas de la forma en que se esperaba que sucediera, con base en los
antecedentes planteados por la experimentación anterior con los electrodos.
Además de esto, las imágenes que presentamos a continuación
presentaron una nueva e importante peculiaridad, puesto que las líneas se
encontraban bien definidas en el electrodo de la derecha; no obstante, al
observar la imagen de amplitud (figura 40) encontramos que dichas líneas no
sólo se encontraban en la superficie del electrodo sino que también aparecían
sobre los nanotubos. Las siguientes imágenes muestran que sobre los
nanotubos se registraba, al parecer, el mismo efecto que sobre los electrodos:
62
Figuras 39, 40. Una red de nanotubos formando un circuito a través de dos electrodos de la sección I del chip.
Las líneas presentes son similares a las de la calibración en los electrodos, pero en esta ocasión el fenómeno se
encuentra sobre los nanotubos que interconectan los electrodos. A) Imagen de altura muestra la morfología del
circuito .B) Imagen de Amplitud donde se observan con mayor claridad las líneas. (6.96µm x 6.96µm)
63
Figura 41. Imagen de AFM en 3D de la figura 39 que nos proporciona una idea de más clara de la topografía del circuito, en el electrodo de la izquierda se alcanza a observar las líneas producidas por la aplicación del voltaje.
64
Retomando, tras el experimento, donde se colocó voltaje en los
electrodos, fue posible observar, con ayuda del AFM que sucedía algo hasta
entonces no contemplado. De tal forma, las imágenes obtenidas hasta este
momento de la experimentación condujeron a la idea de cierta posibilidad de
encontrar e identificar qué partes del circuito formado por los nanotubos se
encuentran eléctricamente activas.
Así, para poder reafirmar la posibilidad de detectar la presencia de cargas
eléctricas sobre la superficie, se hizo necesario contar con algún método que
proporcionara cierta certeza sobre lo que en ese momento estábamos
observando.
A partir de las imágenes anteriormente expuestas, se desarrolló una
metodología para identificar el circuito formado por los nanotubos. Con el uso del
AFM en modo de elevación, determinamos las partes que se encuentran
eléctricamente activas.
Como se indicó al describir los instrumentos microscópicos con los que
trabajamos en esta investigación, el AFM en modo de elevación permite obtener
información precisa sobre las fuerzas ajenas o impropias a la superficie, de tal
forma que éstas pudiesen ser visualizadas a través del microscopio. Con base
en esto, es decir, dado que se aplicaron, precisamente, cargas eléctricas
externas sobre el chip, lo que se esperaba era poder visualizar las fuerzas
ejercidas por éstas.
Partiendo de este planteamiento, se colocó el chip nuevamente sobre el
microscopio – activando, como ya hemos indicado, los controles en modo de
elevación.
65
Es importante destacar que el desarrollo de este proceso no garantiza de
ninguna manera que será posible obtener resultados en las primeras
experimentaciones, por lo que este trabajo se basó en nuestro conocimiento
previo del método, gracias a que éste había sido utilizado anteriormente por
otros investigadores del laboratorio.
Así bien, tras algunos intentos, fue posible obtener imágenes donde se
encontró exactamente lo que nos propusimos como objetivo principal de esta
investigación: la figura 43 muestra únicamente las líneas generadas por el
potencial aplicado en el circuito, mientras que la figura 44 generada en 3D
muestra un esquema de las fuerzas que registra la punta del microscopio,
provocadas por la carga presente en el circuito. Se observa claramente cómo en
la figura 43, el electrodo izquierdo ya no forma parte de la imagen, así como
otras partes en las cuales la carga no se encuentra presente.
66
Figuras 42 y 43. A) Imagen de altura (1.52µm x 1.52µm, Z=150nm). Muestra la topología del circuito donde se aprecian los
nanotubos cruzando los electrodos, B) Imagen en modo de Elevación (1.52µm x 1.52µm, Z=27nm), se distinguen
perfectamente sólo las líneas generadas por el potencial negativo aplicado al electrodo derecho.
67
Figura 44. Imagen de AFM 3D en modo de elevación. Las partes en color verde reflejan las perturbaciones de la punta del
microscopio debido a la carga presente tanto en el electrodo de la derecha como en los nanotubos que hacen contacto
con él.
68
Figura 45. Imagen AFM tridimensional de la figura 42, nuevamente nos muestra un mayor detalle del circuito formado por
una red de nanotubos.
69
Figura 46. Se empalmaron las imágenes 42 y 43 mediante el software Nanoscope III, donde se muestran las líneas de
fuerza ejercidas por la carga negativa en el electrodo derecho, obtenidas con el modo de elevación sobre la morfología
del circuito.
70
3. VISUALIZACIÓN POR MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM)
El Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) es una herramienta muy
utilizada en el campo de la nanotecnología. Con este instrumento de
investigación, tanto la preparación de las muestras como la información que
proporciona varían en relación con el AFM.
El principio del SEM consiste en la emisión termoiónica de un haz de
electrones que bombardea la superficie de la muestra, generando distintos
tipos de fenómenos. Las señales que se generan a partir de ellos en la
muestra son las que nos proveen de la información morfológica del material
analizado [35].
Por su parte, la preparación de las muestras es relativamente fácil,
puesto que basta únicamente con que éstas sean conductoras. En el caso
concreto de esta investigación, a pesar de que los electrones son
conductores, fue necesario recubrir el chip con una capa delgada de oro,
dado que el sustrato no es, por sí mismo, conductor.
Debido al tamaño de los nanotubos (70nm), la visualización del chip en
el microscopio de barrido resultó bastante complicada, sobre todo en
comparación con el tamaño de los electrodos. Después de algunos intentos,
fue posible observar el área donde se encontraban los nanotubos a través de
los electrodos.
71
Imagen 46. Mediante el Microscopio Electrónico de Barrido (SEM), se
aprecian los nanotubos a través de los electrodos, el diámetro de los
nanotubos que se observó es de 70nm, otro detalle importante a resaltar
es la estructura de la orilla izquierda del electrodo izquierdo.
Imagen 47. Sección II del chip. Se aprecia un nanotubo a través de dos
electrodos. La longitud de la barra de referencia es de 0.5µm.(15kV,
aumento X1000)
72
4. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
A continuación, retomaremos algunos de los experimentos más notables en
el proceso de investigación en virtud de los resultados que hallamos a partir
de los mismos. Asimismo, procederemos a la discusión de éstos y otros
resultados, con lo cual ofrecemos un análisis detallado de los datos más
destacables que arrojó nuestro estudio.
En cuanto a la calibración de los electrodos del chip, fue posible
observar que la punta registra mayores alturas al sentir una carga negativa
con respecto a las cargas positivas. En la ocasión en que se aplicó solamente
3v, las alturas entre los electrodos fueron similares, cuando se aumentó el
voltaje en 10v, empezamos a notar que el chip sufrió daños sobre la
superficie de los electrodos, sobre todo en la figura 27. En el tercer electrodo
de izquierda a derecha se alcanza a apreciar el depósito de algún material,
producto de un choque violento sobre la superficie de los otros electrodos.
La diferencia entre las alturas registradas por la punta con respecto a
cada electrón obedece al material del que está hecha la punta. El material
más utilizado para fabricar las puntas es el silicio, que tiene una mayor
afinidad electronegativa. En este caso, en el electrodo donde se aplicaba la
carga negativa existía una mayor resistencia al paso de los electrones, del
electrodo a la punta con respecto al electrodo con carga positiva, lo cual se
vio reflejado en la amplitud de las deflexiones que sufrió la punta.
En el terreno del proceso de dispersión, las técnicas basadas en
detergentes como SDS y SOS registraron tentativamente la mejor
desaglomeración de nanotubos. A partir de estas soluciones, fue posible
visualizar asimismo que toda la estructura de los nanotubos era recta y bien
definida. Sin embargo, pese a la linealidad de la forma que presentaban los
nanotubos, que es sumamente deseable para la construcción de dispositivos
electrónicos, se hallaron dos desventajas a la par de este resultado.
73
Por una parte, dado que los nanotubos de carbón son hidrofóbicos
[36], las miscelas se encapsulan a los tubos, generando que éstos se vuelvan
hidrofílicos y puedan ser dispersados. Esta adhesión de miscelas ocasiona,
no obstante, que el grosor de los tubos aumente considerablemente: los
datos registran un aumento de 300 nm en el diámetro de los nanotubos. Si se
considera que uno de los objetivos implícitos de esta investigación es,
precisamente, una reducción de los dispositivos electrónicos, este resultado
no es del todo deseable.
Por otro lado, con base en trabajos que demuestran la posibilidad de
que no se encapsule un único tubo, sino que, por el contrario, puede haber
varios tubos encapsulados por las miscelas [37,38], la segunda y más
importante desventaja que ofrece este tipo de soluciones es el exceso
encontrado al realizar el depósito de los nanotubos en el chip. De tal manera,
creemos que las miscelas del detergente presentan alguna reacción con el
sustrato del chip (Si3N4), por lo que los nanotubos tienden a conglomerarse
una vez más, ocasionando una mala dispersión sobre los electrodos del chip.
Este resultado fue el que nos condujo, finalmente, a descartar la opción de
utilizar soluciones a base de SDS y SOS como reactivos de dispersión.
Por su parte, la dispersión con el polímero PVP mostró nanotubos más
cortos y con una estructura no muy lineal; el diámetro de los tubos que se
visualizaron era alrededor de 80 nm, lo cual, en comparación con los 300 nm
registrados a partir de las otras soluciones, lo vuelve bastante significativo
para utilizarlo como alternativa en el proceso de dispersión.
En el depósito del chip, los resultados obtenidos fueron ampliamente
satisfactorios: las imágenes presentes en el área II del chip muestran
claramente la posibilidad de conectar dos electrodos del chip. Por otra parte,
estas imágenes muestran también la necesidad de reducir tanto el número de
nanotubos como el área de depósito.
74
Las mediciones obtenidas a partir de este último experimento nos
permitieron observar la respuesta del sistema formado por nanotubos, lo cual
es relevante ya que, si bien no fue posible caracterizar un solo nanotubo, se
demostró que sí era posible, en cambio, pasar cierta cantidad de corriente a
través de los tubos. Esto viene a confirmar las posibilidades de construir
dispositivos electrónicos a partir de los nanotubos.
Ahora bien, una vez resuelto el problema que suponía un área menor
para hacer el depósito de los nanotubos por medio de la utilización del
polímero “sylgard”, pudimos contar con una serie de características
favorables. En primera instancia, un área de depósito muy favorable. En
seguida, una red de nanotubos, donde, al aplicar una diferencia de potencial
en los electrodos, encontramos fenómenos similares a los que presentaron
los electrodos antes del depósito de los tubos. Pero esta vez, el fenómeno se
presentó también sobre los nanotubos: líneas ejercidas por la carga negativa
aplicada a uno de los electrodos se pueden visualizar en las imágenes 39 y
40.
Estos resultados nos llevaron a cambiar considerablemente nuestras
perspectivas y así también algunos de los objetivos planteados al comienzo
de la investigación, ya que el objetivo planteado de poder contar con un solo
nanotubo en todo el chip requería una alta inversión de tiempo, y, de forma
más importante, los resultados hallados a partir de este último experimento
eran sumamente atractivos ya que observamos un comportamiento eléctrico
no solamente en los electrodos sino también en los nanotubos.
En las imágenes 42 y 43 es posible notar cómo las líneas aparecen
únicamente en las partes que se encuentran en contacto con el electrodo al
cual se la aplicaba la carga. En la imagen de altura (topología), se alcanza a
observar una pequeña “basura” de forma circular, casi en la parte inferior
derecha. La misma imagen, pero obtenida en modo de elevación (interleave
mode), muestra justamente que sobre la basura la punta no siente ninguna
carga, reflejándose en la imagen en forma circular.
75
En la parte inferior de la misma “basura” se encuentra un nanotubo
atravesando los dos electrodos del chip, donde se puede notar con claridad
que forma parte de la imagen en modo de elevación. La figura 46 revela
precisamente cómo se empatan la imagen de topología con la imagen en
modo de elevación, lo que muestra evidencias contundentes de que no
estábamos observando cualquier tipo de ruido producido por algún efecto
propio del microscopio, sino las fuerzas generadas por la carga aplicada al
electrodo en el circuito.
Por lo general, la técnica para obtener imágenes de EFM, que permita
observar la interacción de cargas entre la punta y la muestra, lleva implícita la
utilización de una punta recubierta por algún material metálico como el
Platinio o el Iridio. En los trabajos reportados con anterioridad [39,40,41], se
puede observar que los resultados obtenidos muestran solamente imágenes
de un mayor contraste en un circuito formado por un nanotubo, y tampoco se
puede discernir en un circuito formado por una red de nanotubos qué
elementos son los que se encuentran eléctricamente activos.
Como se mencionó con anterioridad, la punta que se utilizó en todo el
barrido de las imágenes presentadas está hecha de silicio (Vecco
Nanoprobe, Model RTESP7) que es el material más común en la fabricación
de la puntas. Pese a esto, fue posible obtener imágenes por medio del modo
de elevación, donde podemos demostrar exactamente las partes del circuito
formado por nanotubos que se encuentran eléctricamente activas y las líneas
de fuerza generadas por la aplicación de una carga en el sistema.
76
5. CONCLUSIONES
1. Se encontraron varias maneras de llevar a cabo una buena dispersión
sobre placas de AU (111). Sin embargo, las técnicas que constan de
algún detergente al momento de depositarlas sobre el sustrato Si3N4
del chip, presentaron nuevas conglomeraciones, por lo que el uso del
polímero PVP constituyó la mejor opción.
2. El proceso de construcción de un circuito que constara de un solo
nanotubo requiere de una estrategia diferente, ya que se necesita
tener un mayor presupuesto para elaborar electrodos propios,
definiendo la distancia y longitud entre ellos, así como el sustrato en el
cual estén contenidos, de tal forma que faciliten la obtención de este
objetivo en particular.
3. Finalmente, el circuito que se construyó y caracterizó consta de una
red de nanotubos.
4. Basándose en la experimentación realizada durante todo el proyecto
de investigación, podemos afirmar que se desarrolló una nueva
metodología basada en el uso del Microscopio de Fuerza Atómica,
específicamente en el modo de elevación, para poder encontrar e
identificar en un circuito compuesto por nanotubos de carbón, y qué
partes del circuito se encuentran eléctricamente activas.
5. Todo el proyecto realizado supone trabajo sumamente novedoso,
pionero y experimental, ya que por primera vez en México se logró
construir y caracterizar de manera cualitativa un circuito formado por
nanotubos de carbón, lo cual puede abrir una brecha para futuras
investigaciones sobre el tema.
77
REFERENCIAS
1. Kroto H W, Heath J R, O’Brien S C, Curl R F & Smalley, R. E. 1985 Buckminsterfullerene , Nature 318, 162-3). 2. S. Iijima, 1991. Nature (London) 56, 354. 3. G.E. Moore. 1965. Cramming more Components onto Integrated Circuits. Electronics, 38(8):114-117, April
4. M. S. Fuhrer, B. M. Kim, T. Durkop, and T. Brintlinger, 2002. Nano Lett. 2, 755.
5. M.S. Lundstrom, “Elementary Scattering Theory of the Si MOSFET”, 1997.
IEEE Electron Dev. Lett., vol 18, pp. 361-363 ().
6. N. Hamada, S. Sawada, and A. Oshiyama, 1992. Phys. Rev. Lett. 68,
1579.
7. Jeroen W. G. Wilder; Liesbeth C. Venema; Andrew G. Rinzler; Richard E.
Smalley; Cees Dekker; 1998, Nature 391, 6662, 59-62.
8. H. Dai: 2002, Carbon Nanotubes: Synthesis, integration, and properties,
Ace. Chem. Res. 35, 1035-104.
9 A. Charlier, E. McRae, R. Heyd, M. F. Charlier: Metal semi-conductor
transitions under uniax- ial stress for single- and double-walled carbon
nanotubes, 2001, J. Phys. Chem. Solids 62, 439- 444.
10. W. Han, A. Zettl, R.O. Ritchie, 2002. Direct mechanical measurement of the tensile strength and eleastic modulus of multiwalled carbon nanotubes, Mater. Sci. Eng. A 334, 173-178.
11. Ebbesen, T. W. and Ajayan, P. M., 1992Nature, 358, 220-222.
78
12. Yudasaka, M., Yamada, R., Sensui, N., Wilkins, T., Ichihashi, T., and
Iijima, 1999. S., Journal of Physical Chemistry B, 103, 30.
13. Sinnot, S. B., Andrews, R., Qian, D., Rao, A. M., Mao, Z., Dickey, E. C.,
and Derbyshire, 1999, F., Chem.Phys.Lett., 315, 25-30.
14. Binnig. G C. F. Quate and Gerber Ch.. 1986. Atomic Force Microscopy.
Physical Review Letters, 56(9): 930-933.
15. Prater, C. B., Strausser, Y.E., 1194. Tapping Modo Atomic Force
Microscopy. Applications to semiconductors. Digital Instruments, California,
USA.
16. Acosta García Cristina. 2005. Estudio de Células del Sistema Nervioso por Microscopia de Fuerza Atómica, Tesis de maestría, UAM-I México D.F.
17.Rodolfo Ignacio Hermans, 2001 ,Diseño, Desarrollo y Construcción de un Microscopio de Fuerza Atómica Versátil. Tesis de licenciatura, Universidad Católica de Chile, Santiago de Chile.
18. Sergei N. Magonov, Myung-Hwan Whangbo. 1996, Surface Análisis with
STM and AFM; experimental and theorical aspects of image análisis.
Weinheim; New York; Basel; Cambridge;Tokio:VCH.
19. Giessibl, F.J, 2005. Path to atomic resolution, Materials Today. Vol 8 ,
Isuue 5, Págs 32-41.
20. Todd W. Whitcombe, 2004. Van der Waals, Johannes: An entry from
Macmillan Reference USA's Chemistry: Foundations and Applications.
21. Manzano Martínez Juan Carlos, 2002, Microscopia de Fuerzas
Electrostáticas, EFM. Proyecto Terminal en ingeniería física. División de
Ciencias Básicas e Ingeniería. UAM-A. México D.F:
22. M. A. Ericsson, 1996, Cryogenic Scanning Probe Characterization of Semiconductor Nanostructures, et al., Appl. Phys. Lett. 69, 671.
79
23. A.C. Ugural, S.K. Fenster, Advanced Strength and Applied Elasticity, 4th
ed
24. Kellar Autumn, Metin Sitti , Yiching A. Liang, Anne M. Peattie, Wendy R. Hansen, Simon Sponberg, Thomas W. Kenny, Ronald Fearing, Jacob N. Israelachvili, Robert J, 2002 Evidence for van der Waals adhesion in gecko setae. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA Vol 99, 12252-12256.
25. Demtröder, Wolfgang (2002). Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic- Molecular- and Quantum Physics, 1st Edition, Springer. 26. Pulickel M. Ajayan & Florian Banhar, 2004, Nanotubes: Strong Bundles, Nature Materials Vol 3 Págs 135-136.
27. Yu Huang, Xiangfeng Duan, Qingqiao Wei,Charles M. Lieber, 2001, Directed Assembly of One-Dimensional Nanostructuresinto Functional Networks, Science Vol. 291. 28. Adrian Bachtold, Peter Hadley, Takeshi Nakanishi, Cees Dekker, 2001, Logic Circuits with Carbon Nanotube Transistors, Science, Vol. 294. 29. Yu Huang, Xiangfeng Duan,Yi Cui, Lincoln J. Lauhon,Kyoung-Ha Kim,Charles M. Lieber, 2001,Logic Gates and Computation from Assembled Nanowire Building Blocks, Science Vol. 294 30. Ji-Yong Park, 2006, Carbon nanotube field-effect transistor with a carbon nanotube gate electrode. Nanotechnology 18, 095202 (5pp) 31. Limin Huang, Xiaodong Cui , Gordana Dukovic and Stephen P O’Brien, 2004, Self-organizing high-density single-walled carbon nanotube arrays from surfactant suspensions. Institute of Physics Publishing, Nanotechnology. Vol 15 Págs. 1450-1454. 32. Michael J. O’Connell, Sergei M. Bachilo, Chad B. Huffman,Valerie C. Moore, Michael S.Strano, Erik H. Haroz,Kristy L. Rialon, Peter J. Boul, William H. Noon, Carter Kittrell,Jianpeng Ma, Robert H. Hauge, R. Bruce Weisman, Richard E. Smalley, 2002, Band Gap Fluorescence from Individual Single-Walled Carbon Nanotubes. Science Vol. 297. 33. Sander J. Tans, Alwin R. M. Vershueren and Cees Dekker, 1998, Room-Temperature transistor based on a single carbon nanotubes, Nature, Vol 393.
80
34. P. Dierckx, “Curve and Surface Fitting with Splines”, Clarendon Press, Oxford, 1995.
35. George Gruner Carbon Nanonets Spark New Electronics; May 2007;
Scientific American Magazine.
36. M. Stadermann, S. J. Papadakis, M. R. Falvo, J. Novak, E. Snow, Q. Fu, J. Liu,5 Y. Fridman,J. J. Boland, R. Superfine, and S. Washburn, 2004. Nanoscale study of conduction through carbon nanotube networks, physical review B 69, 201402.
37. E. S. Snow, J. P. Novak, P. M. Campbell, and D. Park, 2004. Random networks of carbon nanotubes as an electronic material, Applied Physics Letters, Vol 82, No 13.
38 Valdre, U., editor, Electron Microscopy in Material Science, Academic
Press (New York, 1971).
39. S. Li, H. Li, X. Wang, Y. Song, Y. Liu, L. Jiang, D.Zhu,,2002 J. Phys.
Chem. B Super-hydrophobicity of large-area honeycomb-like aligned carbon
nanotubes. Vol 106, 9274
40. M Palumbo , K U Lee , B T Ahn , A Suri , K S Coleman, D Zeze , D Wood , C Pearson and M C Petty, 2006, Electrical investigations of layer-by-layer films of carbon nanotubes, J. Phys. D: Appl. Phys Vol. 39 Pàgs 3077–3085
41. Michael J. O’Connell, Sergei M. Bachilo, Chad B. Huffman,Valerie C. Moore, Michael S.Strano, Erik H. Haroz,Kristy L. Rialon, Peter J. Boul, William H. Noon, Carter Kittrell,Jianpeng Ma, Robert H. Hauge, R. Bruce Weisman, Richard E. Smalley, 2002, Band Gap Fluorescence from Individual Single-Walled Carbon Nanotubes. Science Vol. 297.
42. A. Bachtold, M. S. Fuhrer, S. Plyasunov, M. Forero, Erik H. Anderson, A.
Zettl, and Paul L. McEuen, 2000, Scanned Probe Microscopy of Electronic
Transport in Carbon Nanotubes. Physical Review Letters. Vol 84, No. 26.
43. M. Paillet, P. Poncharal, and A. Zahab. 2005, Electrostatics of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes Investigated by Electrostatic Force Microscopy. Physical Review Letters. PRL 94, 186801.
81
44. Yuji Miyato, Kei Kobayashi, Kazumi Matsushige and Hirofumi Yamada, 2007, Surface potential investigation on single wall carbon nanotubes by Kelvin probe force microscopy and atomic force microscope potentiometry, Nanotechnology 18, 084008 (5pp).
82
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ejemplo de una conducción difusiva…………………………4
Figura 2. Ejemplo de una conducción balística…………………..........4
Figura 3. Nanotubo formado a partir de una hoja de grafito………....6
Figura 4. Estructuras características de los nanotubos……………..7
Figura 5. Hoja de grafito para determinar el vector helicita………….8
Figura 6. Tabla periódica de los nanotubos…………………………….12
Figura 7. Método de descarga de arco…………………………………..14
Figura 8. Método de vaporización por láser…………………………….15
Figura 9. Método por deposición química de vapor…………………..16
Figura 10. Microscopio de AFM…………………………………………….19
Figura 11. Catilever y punta de AFM registrando interacciones
atómicas……………………………………………………………………………20
Figura 12. Principio de detección de la deflexión del cantilever entre la
muestra……………………………………………………………………………..21
Figura 13. Vibración del cantilever en respuesta a un campo eléctrico
generado por una carga…………………………………………………………26
Figura 14. Flexión de la punta de AFM por efecto de fuerzas
electrostáticas…………………………………………………………………….27
Figura 15. Imagen del microscopio óptico, Memoria ROM. Un sobre
poblamiento de dispositivos……………………………………………..…….30
Figura 16. Esquema del Chip IAME-co-IME 2-1 ………......………….…32
Figura 17 Imagen de AFM Sección I del chip IAME-co-IME……...…..33
Figura 18. Imagen de AFM estructura de los electrodos muestra los
defectos en las orillas del lado derecho de cada electrodo………………34
Figura 19. Imagen de AFM en 3D, muestra los 4 electrodos
correspondientes aislados entre sí…………………………….……………..35
Figura 20. Imagen de AFM en 3D muestra los 10 electrodos de la
Sección II del chip. ……………………………………………………………....36
83
Figura 21. Muestra la forma en que se conectaron los dispositivos
para la aplicación y visualización del potencial en los electrodos del
chip….………………………………………………………………………………38
Figura 22. Imagen de AFM Chip IAME-co-IME de la sección I al aplicar
5.3v a los electrodos 2 y 3………………………………………………………39
Figura 23. Imagen de AFM Chip IAME-co-IME de la sección I al aplicar
5.3 en los electrodos 1, 3 y 2 respectivamente……………………………..40
Figura 24. Imagen de AFM Chip IAME-co-IME de la sección I al aplicar
3v en los elctrodos 1 y 2………………………..……………………………….41
Figura 25. Imagen de AFM Chip IAME-co-IME de la sección I al aplicar
5.8v en los elctrodos 1 y 2……………………..……………………………….42
Figura 26. Imagen de AFM Chip IAME-co-IME de la seccion I al aplicar
7.3v en los elctrodos 1 y 2………………………..………………..…………...43
Figura 27. Imagen de AFM Chip IAME-co-IME de la seccion I al aplicar
10.3v en los elctrodos 1 y 2………………………..…………………………...44
Figura 28. Imagen de SEM muestra el problema de aglutinamiento de
los nanotubos………… ………………………..…………………………..……48
Figura 29. Imagen de AFM, nanotubo individual separado por
SOS/H20.........................................................................................................50
Figura 30. Imagen de AFM, nanotubo individual separado por
SDS/H20.........................................................................................................51
Figura 31. Imagen de AFM, nanotubo individual separado por
PVP……..........................................................................................................52
Figura 32. Imagen de AFM, problema de acumulación de nanotubos
sobre los electrodos ………………..............................................................54
Figura 33. Imagen de AFM, problema de acumulación de nanotubos
sobre los electrodos ………………..............................................................54
Figura 34. Imagen de AFM. Se observan diferentes partes en que los
nanotubos conectan los diversos electrodos del chip………………..…..55
Figura 35. Imagen de AFM. Muestra un nanotubo atravesando dos de
los electrodos de la sección II del chip………………………………………56
Figura 36. Imagen de AFM en 3D de alta resolución, donde se muestra
un nanotubo que conecta dos electrodos de la sección II del chip…….57
84
Figura 37. Las micropuntas sobre los electrodos de la sección II del
chip………………………………………………………………………………….58
Figura 38. Polímero sylgard recubriendo la mayor parte de los
electrodos………………………………………………………………………….61
Figura 39. Imagen de AFM. Líneas presentes en una red de nanotubos
que forma un circuito a través de dos electrodos de la sección I del
chip……………………………………………………………………………….…62
Figura 40. Imagen de AFM en modo de amplitud. Muestra Líneas
presentes en una red de nanotubos que forma un circuito a través de
dos electrodos de la sección I del chip……………………….……………...62
Figura 41. Imagen de AFM en 3D de la red de nanotubos……………...64
Figura 42. Imagen de AFM en modo altura. Topología del circuito
donde se aprecian los nanotubos cruzando los electrodos……………..67
Imagen 43. Imagen de AFM en modo de Elevación. Líneas de campo
eléctrico generadas por la carga aplicada…………………………………...67
Imagen 44. Imagen de AFM 3D en modo de elevación de las líneas
generadas por la carga negativa aplicada al electrodo de la derecha del
circuito……………………………………………………………………...………68
Imagen 45. Imagen AFM tridimensional del circuito formado por una
red de nanotubos…………………………………………………………………69
Figura 46. Líneas de fuerza ejercidas por la carga negativa en el
electrodo derecho obtenidas con el modo de elevación sobre la
morfología del circuito………………………………………………………..…70
85
ÍNDICE DE TABLAS Y GRÁFICAS. TABLA 1. Métodos de producción de nanotubos…………………………..17 TABLA 2. Valores de las alturas registradas por la punta en respuesta a la aplicación de una serie de voltajes………………………………………...49 GRÁFICA 1. Comportamientos de las alturas de los electrodos.............49 GRÁFICA 2. Datos obtenidos en las mediciones…………………………..50 GRÁFICA 3. Ajuste lineal por mínimos cuadrados………………………...50