The effect of carbon disulfide as a sulfur source in carbon nanotube synthesis and characteristics

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Perustieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-10-24

Department

Major/Subject

Teknillinen fysiikka

Mcode

SCI3028

Degree programme

Teknistieteellinen kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

37

Series

Abstract

Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are a promising nanostructure with a variety of possible applications thanks to their unique properties such as mechanical, electrochemical and conductive properties. Despite decades of rigorous research since their discovery in 1991, many challenges remain today in synthesizing carbon nanotubes (CNTs), particularly selective growth of CNTs, scalability and reproducibility. Floating catalyst chemical vapor deposition (FCCVD) offers a promising synthesis method, which tackles multiple challenges through, for example, the continuous output of CNTs. The inclusion of a growth promoter in the synthesis of CNTs has been studied extensively, and various elements have been used, of which sulfur has shown the most promise. The exact effect of sulfur in the synthesis remains unknown, and thus further studies to advance our understanding are needed. This paper explores particularly the effect of carbon disulfide (CS2) as a sulfur source in the synthesis and characteristics of transparent conducting films (TFCs) of CNTs. The CNTs were found to minimize in diameter to about 1.3 nm with an optimum content of sulfur according to ultravioletvisible-near infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopy characterizations. Additionally, a lowest sheet resistance of 77 Ω/□ at 90 % transmittance was attained for the synthesized TCFs. Diverse characterizations with Raman spectroscopy and also transmission electron microscopy (TEM) were additionally utilized, along with the ones mentioned, to further the understanding of CS2 in the resulting CNTs.

Yksiseinäiset hiilinanoputket ovat lupaavia nanorakenteita, joilla on monia mahdollisia sovelluksia niiden ainutlaatuisten ominaisuuksien, kuten mekaanisten, elektrokemiallisten ja johtavuusominaisuuksien ansiosta. Vaikka hiilinanoputkia on tutkittu intensiivisesti niiden löydöstä vuonna 1991 lähtien, monia haasteita on edelleen, erityisesti hiilinanotuubien valikoivassa kasvussa, skaalaamisessa ja toistettavuudessa. Leijuvan katalyytin kemiallinen kaasufaasipinnoitus tarjoaa lupaavan synteesimenetelmän, joka ratkaisee useita haasteita esimerkiksi hiilinanotuubien jatkuvalla tuotannolla. Kasvunedistäjän käyttö synteesiprosessissa on laajalti tutkittu, ja erilaisia alkuaineita on käytetty, joista rikki on osoittautunut lupaavimmaksi. Rikin tarkka vaikutus synteesissä on kuitenkin edelleen tuntematon, ja lisätutkimuksia tarvitaan ymmärryksen syventämiseksi. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan erityisesti hiilidisulfidin (CS2) vaikutusta rikkilähteenä hiilinanotuubeista koostuvien läpinäkyvien johtavien kalvojen synteesissä ja ominaisuuksissa. Hiilinanotuubien halkaisijan havaittiin pienenevän noin 1,3 nanometriin, kun rikkipitoisuus oli optimaalinen ultravioletti-näkyvä-lähi-infrapuna -karakterisointien mukaan. Lisäksi syntetisoiduilla johtavilla kalvoilla saavutettiin alhaisin pintavastus, 77 Ω/□, 90 % valonläpäisevyydellä. Monipuolisia karakterisointeja, kuten Raman-spektroskopiaa ja myös läpäisyelektronimikroskopiaa, käytettiin, jotta ymmärrys CS2:n vaikutuksesta syntetisoituihin hiilinanotuubeihin syvenisi.

Description

Supervisor

Kauppinen, Esko

Thesis advisor

Yasin, Ghulam

Keywords

single-walled carbon nanotube, growth promoter, floating catalyst chemical vapor deposition, transparent conducting film

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202410296932

Collections

[kand] Perustieteiden korkeakoulu / SCI