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Modification of the electronic properties of carbon nanotubes by bundling, temperature, B- and N-doping [Elektronische Ressource] : a resonance Raman study / Tetyana Skipa

De
126 pages
Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft Wissenschaftliche Berichte FZKA 7269 Modification of the Electronic Properties of Carbon Nanotubes by Bundling, Temperature, B- and N-doping: a Resonance Raman Study T. Skipa Institut für Festkörperphysik Dezember 2006 Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft Wissenschaftliche Berichte FZKA 7269 Modification of the Electronic Properties of Carbon Nanotubes by Bundling, Temperature, B- and N-doping: a Resonance Raman Study Tetyana Skipa Institut für Festkörperphysik von der Fakultät für Physik der Universität Karlsruhe (TH) genehmigte Dissertation Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe 2006 Für diesen Bericht behalten wir uns alle Rechte vor Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Postfach 3640, 76021 Karlsruhe Mitglied der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF) ISSN 0947-8620 urn:nbn:de:0005-072694 MODIFICATION OF THE ELECTRONIC PROPERTIES OF CARBON NANOTUBES BY BUNDLING, TEMPERATURE, B- AND N-DOPING: A RESONANCE RAMAN STUDY Zur Erlangung des akademischen Grades eines DOKTORS DER NATURWISSENSCHAFTEN von der Fakultät für Physik der Universität (TH) Karlsruhe genehmigte DISSERTATION von Tetyana Skipa, Dipl.-Phys.
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Forschungszentrum Karlsruhe
in der Helmholtz-Gemeinschaft
Wissenschaftliche Berichte
FZKA 7269








Modification of the
Electronic Properties of
Carbon Nanotubes by
Bundling, Temperature,
B- and N-doping:
a Resonance Raman Study


T. Skipa
Institut für Festkörperphysik


















Dezember 2006 Forschungszentrum Karlsruhe
in der Helmholtz-Gemeinschaft

Wissenschaftliche Berichte
FZKA 7269



Modification of the Electronic Properties of Carbon
Nanotubes by Bundling, Temperature, B- and N-doping:

a Resonance Raman Study


Tetyana Skipa
Institut für Festkörperphysik

von der Fakultät für Physik der Universität Karlsruhe (TH)
genehmigte Dissertation






Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe
2006




















































Für diesen Bericht behalten wir uns alle Rechte vor
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Postfach 3640, 76021 Karlsruhe
Mitglied der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft
Deutscher Forschungszentren (HGF)
ISSN 0947-8620
urn:nbn:de:0005-072694


MODIFICATION OF THE ELECTRONIC PROPERTIES OF CARBON
NANOTUBES BY BUNDLING, TEMPERATURE, B- AND N-DOPING:

A RESONANCE RAMAN STUDY




Zur Erlangung des akademischen Grades eines
DOKTORS DER NATURWISSENSCHAFTEN
von der Fakultät für Physik der Universität (TH)
Karlsruhe


genehmigte
DISSERTATION

von

Tetyana Skipa, Dipl.-Phys.
aus Kiew (Ukraine)






Tag der mündlichen Prüfung: 09.06.2006
Referent: Prof. Dr. Hilbert von Löhneysen
Korreferent: Prof. Dr. Manfred Kappes
Abstract


This work focuses on the study of the electronic properties of carbon nanotubes
(CNTs) and their composites. Most attention is paid to influences related to the
application of CNTs that can change their electronic properties, i.e. the tube-tube
interaction (by bundling), temperature effects, and doping with Boron and Nitrogen.
These effects were studied with Resonance Raman Scattering (RRS).

The tube-tube interaction was investigated by combining the methods of RRS and
High Resolution Transmission Electron Microscopy. With this study it was possible
to establish a functional dependence between the relative Raman intensities and the
nanotube bundle sizes.
For the description of the tube-tube interaction a phenomenological model was
developed that can be used for the characterization of samples with unknown tube
distribution. This model allows also revealing the electronic energy changes induced
by temperature.
A large part of this work was devoted to the synthesis of new nano-materials. BNC-
nanotubes with various element compositions were synthesized and studied using
Energy Dispersive X-ray Analysis giving the B and N content. Zusammenfassung


Modifikation der elektronischen Eigenschaften von Kohlenstoff-
Nanoröhren durch Bündelung, Temperatur und Dotierung mit
Bor und Stickstoff:
Eine Untersuchung mit resonanter Ramanstreuung

In dieser Arbeit werden die elektronischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren
(CNTs) und von den hieraus abgeleiteten Materialien untersucht. Von besonderem
Interesse waren dabei anwendungsrelevante Einflüsse, die die elektronischen
Zustände von Nanoröhren verändern, wie die Wechselwirkung von CNTs bei
Bündelung, thermische Effekte sowie der Einfluss von Dotierung mit Bor und
Stickstoff. Diese Effekte wurden mittels resonanter Ramanstreuung (RRS) untersucht.
Zur Untersuchung von Bündelungseffekten wurde die RRS mit der hochauflösenden
Transmissionselektronenmikroskopie kombiniert. Mit Hilfe dieser Untersuchungen
gelang es erstmals, einen funktionalen Zusammenhang zwischen Raman-Intensität
und Bündelgröße zu finden.
Zur Beschreibung von Wechselwirkungseffekten zwischen CNTs in Bündeln wurde
ein phänomenologisches Modell entwickelt, das zur Charakterisierung von Proben mit
unbekannten CNT-Bündelungen eingesetzt werden kann. Das Modell beschreibt auch
die durch thermische Effekte hervorgerufenen Änderungen der elektronischen
Übergangsenergien.
Ein weiterer Teil der Arbeit war der Herstellung dotierter Nanomaterialien gewidmet.
Insbesondere wurden BNC-Nanoröhren mit verschiedener elementarer Zusammen-
setzung synthetisiert und untersucht. Die Zusammensetzung konnte mittels der
Methode der energiedispersiven Röntgenspektroskopie bestimmt werden.
List of publications related to this thesis

S. Lebedkin, F.Hennrich, T. Skipa, M. Kappes. Near-infrared photoluminescence of
single-walled carbon nanotubes prepared by the laser vaporization method. J. Phys.
Chem. B 107, 1949 (2003).

T. Skipa, P. Schweiss, F. Hennrich, S. Lebedkin. Modification of the electronic
properties of carbon nanotubes: bundling and B- and N- doping. AIP Conf.
Proceedings: Electronic Properties of Novel Nanostructures 786, 198 (2005).

T. Skipa, P. Schweiss, K.-P. Bohnen, S. Lebedkin, B. Renker. Raman spectra of
B N C – nanotubes: Correlation between B, N – content and frequency shifts of the x y z
G-band. AIP Conf. Proceedings: Electronic Properties of Synthetic Nanostructures
723, 289 (2004).

S. Lebedkin, F. Hennrich, T. Skipa, R. Krupke, M. Kappes. Near-Infrared
photoluminescence of single-walled carbon nanotubes obtained by the pulsed laser
vaporization method. AIP Conf. Proceedings: Molecular Nanostructures 685, 148
(2003).