Layer by layer deposition of alternate carbon nanotubes and Ni films for efficient multilayer thin film temperature gauges

Abstract

This study reports a novel approach for growing multilayer thin films consisting of alternate layers of carbon nanotubes (CNT) and nickel on Si (1 0 0) substrates and justifies their use in thin film temperature sensors. A low pressure chemical vapor deposition system was employed for synthesizing CNT films, while Ni films were deposited by electrodeposition. Porous-Si was used as substrate to increase adhesion between the layers of the multilayer structure. The structure of the multilayer films and the quality of the CNT grown were analyzed using several characterization methods, including scanning electron microscopy, x-ray photoelectron spectroscopy, x-ray auger electron spectroscopy and Raman spectroscopy. The electrical characteristics were investigated using a van der Pauw setup and the effect of the increasing number of CNT layers in the multilayer structure was studied. The sensitivity of the multilayer film was found to increase with increasing number of CNT layers, despite the decrease of the temperature coefficient of resistance. On the other hand, the initial resistance was found to increase. Results indicated that these multilayer structures are appropriate for fabricating highly sensitive thin film gauges that can detect lower heat fluxes with more accuracy.

Ανάπτυξη Και Φυσικές Ιδιότητες Νανοδομημένων Υλικών Με Βάση Τον Άνθρακα Για Φωτοθερμικές Και Φωτονικές Εφαρμογές

“…Στο σημείο αυτό ο ρυθμός της διάχυσης είναι το καθοριστικό βήμα, η κινητήρια δύναμη της οποίας δεν είναι πλήρως αποσαφηνισμένη. Θεωρείται ότι είτε πηγάζει από την βαθμίδα της θερμοκρασίας, η οποία δημιουργείται στο σωματίδιο από την εξώθερμη διάσπαση του υδρογονάνθρακα στις εκτεθειμένες όψεις του και την ενδοθερμική απόθεση του άνθρακα στις πίσω πλευρές, οι οποίες αρχικά είναι σε επαφή με το υπόστρωμα 37,39 , είτε από την βαθμίδα τηςσυγκέντρωσης 31,40 .…”

“…Η μαθηματική έκφραση της εξάρτησης της αντίστασης από τη μεταβολή της θερμοκρασίας δίνεται από την εξίσωση 40 :…”

“…Για να έχουμε καλύτερη εικόνα της αποδοτικότητας σαν TFG της δομής CNTs/a-C:Ni συγκρίναμε τα δεδομένα των μετρήσεων μας για την καταλληλότητα της χρήσης της σαν αισθητήρα θερμοκρασίας με αντίστοιχες δομές 40 που αναπτύχθηκαν από την Δρ Shrutidhara Sarma, στα πλαίσια συνεργασίας μας κατά την κινητικότητα της στο Τμήμα Φυσικής ΑΠΘ μέσω του προγράμματος Erasmus. Βλέπουμε από το Σχήμα 5.12 πως την υψηλότερη ευαισθησία εντοπίζουμε στην περίπτωση ανάπτυξης νανοσωλήνων άνθρακα σε νανοσύνθετο καταλύτη δίνοντας έτσι την προοπτική χρήσης της CNTs/a-C:Ni σαν αισθητήρες θερμοκρασίας υψηλής απόκρισης στο εύρος θερμοκρασιών το οποίο μελετήσαμε.…”

“…Έτσι λοιπόν, στην περίπτωση των δειγμάτων που έχουν πυκνότερα και μεγαλύτερα NPs, ήταν και πάλι εξαιρετικά δύσκολο να ληφθεί σαφές φάσμα Raman λόγω SEF. Αλλά για το δείγμα με τα μικρότερα NPs και διστρωματικό γραφένιο (2LG), λάβαμε σήμα SERS (Σχήμα 8.11.γ) και οι κορυφές της R6G μπορούν να ταυτοποιηθούν σύμφωνα με τη βιβλιογραφία 40,41 .…”

“…Σε μια πρώτη προσπάθεια χρησιμοποιήσαμε διάλυμα R6G 10 -5 M αραιωμένο σε νερό(Σχήμα 8.11.α) όπου σαν αποτέλεσμα είχαμε φαινόμενα φθορισμού σε όλα μας τα φάσματα τα οποία εντείνονταν με την αύξηση του χρόνου εναπόθεσης, δηλαδή του πάχους του χαλκού. Μελετώντας τα φάσματα παρατηρούμε στα ~611cm -1 να διακρίνεται μια ασθενής κορυφή της R6G40 . Φάσματα φθορισμού των δειγμάτων G32, G37, G310 για πυκνό διάλυμα R6G (10 -5 M), διακρίνεται μια ασθενής κορυφή στα 611cm -1η οποία προέρχεται από τη σκέδαση του μορίου της R6G β) Φάσματα φθορισμού των δειγμάτων 32CuNPs, 37CuNPs, 310CuNPs με αραιότερο διάλυμα R6G όπου η διάλυση έχει γίνει με ισοπροπανόλη, γ) ενίσχυση SERS διστρωματικού γραφενίου για R6G 10 -5 M αραιωμένη σε ισοπροπανόλη…”