Growth of Carbon Nanostructure Arrays on Nickel Electroplated Copper Substrate

• Main Author: Md Salleh, Roszaini
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: 2016
• Subjects: T Technology; TP200-248 Chemicals: Manufacture, use, etc.
• Online Access: http://eprints.usm.my/40764/1/Growth_of_Carbon_Nanostructure_Arrays_on_Nickel_Electroplated_Copper_Substrate.pdf; http://eprints.usm.my/40764/
• Institution: Universiti Sains Malaysia

Sejak penemuan karbon nanotiub (CNTs) pada tahun 1991 oleh Iijima, karbon nanostruktur (CNS) yang terdiri daripada karbon nanotiub(CNTs) dan karbon nanofiber (CNFs), telah mendapat perhatian dalam kalangan pengkaji berikutan ciriciri luar biasa bahan ini. Banyak aktiviti penyelidikan dan penemuan baru berkaitan dengan potensi CNS telah diterokai dari semasa ke semasa. Salah satu potensi CNS ialah boleh digunakan sebagai bahan antara dua muka haba (TIM) dan diaplikasi di dalam bahan elektronik berikutan CNS merupakan pengalir haba yang baik. Jadi, kajian penyelidikan ini memberi tumpuan kepada sintesis CNS yang bekualiti dan berketumpatan tinggi di atas platform pada suhu pertumbuhan yang rendah ke arah merealisasikan potensi CNS sebagai TIM pada masa akan datang. Bahagian pertama dalam kajian penyelidikan ini ialah penyediaan bahan penyebaran haba menggunakan kaedah elektropenyaduran sebelum pertumbuhan CNS. Kaedah elektropenyaduran digunakan untuk menyalut pemangkin logam aktif, nikel ke atas kuprum yang bertindak sebagai substrat kerana mengandungi nilai pengalir haba yang tinggi manakala nikel dipilih sebagai pemangkin kerana berupaya menumbuhkan CNS dengan kepadatan yang tinggi dan ia juga merupakan bahan anti karat. Dua parameter dikaji dalam bahagian ini iaitu ketumpatan arus (1-30 mA/cm2) dan tempoh masa penyaduran (10 min-60 min). Semua sampel dicirikan menggunakan Mikroskop Electron Imbasan (SEM), Tenaga Serakan Sinar-X (EDX), Pendarkilau Sinar-X (XRF) dan Mikroskop Daya Atom (AFM). Untuk bahagian kedua, pertumbuhan CNS menggunakan Pemangkin Kimia Pemendapan Wap (CCVD) di mana, gas asetilena telah digunakan sebagai pelopor karbon selain daripada metana. Tiga parameter telah dikaji dalam bahagian ini, suhu tindak balas (400 ℃ - 800 ℃), kadar pengaliran pelopor karbon (10-30 sccm) dan tempoh masa tindak balas (5 min-40 min). Semua CNS yang tumbuh dicirikan menggunakan SEM, Mikroskop Penghantaran Elektron (TEM), Analisis Permeteran Graviti Haba (TGA) dan Spektroskopi Raman. Daripada kedua-dua bahagian, tahap prestasi pemangkin nikel tersadur di atas substrat kuprum terhadap pertumbuhan CNS dengan ketumpatan dan kualiti tinggi adalah optimum di atas pemangkin kuprum terelektrosadur nikel yang mempunyai saiz bijian kecil, nipis, meliputi sepenuhnya dan keseragaman tinggi iaitu 1mA/cm2. Pertumbuhan terus CNS telah berjaya dilaksanakan ke atas pemangkin nikel tersadur pada suhu pertumbuhan yang rendah di mana keadaan CCVD adalah optimum dalam menghasilkan CNS yang berkualiti dan berketumpatan tinggi adalah pada suhu tindakbalas, 600 ℃, 40 minit masa tindakbalas dan 30 kepada 100 sccm kadar pengaliran asitilena kepada nitrogen. ________________________________________________________________________________________________________________________ Since the inventions of CNTs by Iijima in 1991, carbon nanostructure (CNS) in which consists of carbon nanotubes (CNTs) and carbon nanofibers (CNFs) has great attentions among researchers due to the extraordinary properties of this material. A lot of research activities and new findings regarding the potentials of CNS were explored from time to time. One of the potential CNS is it can be used as thermal interface material (TIM) and applied in electronic devices due to high thermal conductivity of this material. Thus, this research is focusing on the synthesis of high quality and density of CNS directly on the platform at low growth temperature towards the potential of CNS for future application as TIM. The first part of this study was the preparation of the heat spreader by electroplating method prior to the growth CNS. Electroplating method was used to coat active metal catalyst, nickel to the copper as substrate and copper was selected as the substrate due to high thermal conductivity of this material whereas nickel is used as the metal due to the ability to grow higher density of CNS and corrosion resistant. Two parameters were studied in this part which was current density (1-30 mA/cm2) and plating time (10 min-60 min). The samples were characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-Ray (EDX), X-ray Fluorescence (XRF) and Atomic force Microscopy (AFM). For the second part of this study is the growth of CNS via Catalytic Chemical Vapour Deposition (CCVD) where acetylene was used carbon precursor instead of methane. Three parameters were studied for this part, reaction temperature (400 ℃ - 800 ℃), flow rate of acetylene (10-30 sccm) and reaction time (5-40 min). All CNS growth were characterized using SEM, Transmission Electron Microscopy (TEM), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Raman Spectroscopy. From both part, the performance of nickel plated catalyst on the copper substrate towards the growth of high density and high quality CNS is optimum on nickel plated catalyst that contains smaller grain size, thin, fully covered and high uniformity which is 1 mA/cm2. A direct growth of CNS was successfully performed on nickel plated catalyst at low growth temperature where the optimum CCVD condition for the growth of high quality and high density of CNS was at reaction temperature of 600 ℃, 40 min reaction time and 30 to 100 sccm flowrate of acetylene to nitrogen.