Orientador: Hudson Giovani Zanin

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: Esse trabalho tem como objetivo o estudo teórico e experimental do fenômeno de emissão de campo em nanoestruturas de carbono. Tratamos aqui por modelagem, simulação computacional e medidas experimentais o carbono em arranjo de nanotubos. Para a simulação computacional foi utilizado o...

Resumo: Esse trabalho tem como objetivo o estudo teórico e experimental do fenômeno de emissão de campo em nanoestruturas de carbono. Tratamos aqui por modelagem, simulação computacional e medidas experimentais o carbono em arranjo de nanotubos. Para a simulação computacional foi utilizado o software COMSOL Mutltiphysics® baseado no método dos elementos finitos e foi realizada uma investigação por simulação de alguns dos principais fatores que influenciam o fenômeno de emissão de campo tais como a separação entre os nanotubos do arranjo, área efetiva de emissão, raio, função trabalho, e a altura dos nanotubos no arranjo. Para as medidas experimentais foi adaptada uma câmara de ultra alto vácuo para a aquisição de dados e para superar as dificuldades no controle da instrumentação eletrônica foi automatizado via computador um software desenvolvido no C#. Com isso, uma quantidade expressiva de parâmetros foram investigados atingindo maior precisão na estimativa da área efetiva de emissão e um maior controle dos dados relativos à estabilidade da corrente de emissão. Para análise da morfologia e estrutura foram realizadas análises ex situ por microscopia eletrônica de varredura e transmissão, e espectroscopia Raman. O fator de enriquecimento de campo e os resultados obtidos via modelo matemático e simulação foram extremamente concordantes com variação de 3,8% e 0,1% para as amostras analisadas. Para resultados esperados como divergentes aplicou-se um rigoroso e moderno teste físico matemático proposto na literatura a fim de verificar a razoabilidade do resultado numérico e os resultados encontrados nesse trabalho comprovaram-se confiáveis segundo esses critérios. Esse estudo contribuiu então para mitigar algumas discrepâncias que existentes na interpretação correta do fenômeno

Abstract: This work aims the theoretical and experimental study of the field emission phenomenon in carbon nanostructures. We deal here with modeling, computational simulation and experimental measurements or carbon in nanotube arrays. For computational simulation used by COMSOL Mutltiphysics®...

Abstract: This work aims the theoretical and experimental study of the field emission phenomenon in carbon nanostructures. We deal here with modeling, computational simulation and experimental measurements or carbon in nanotube arrays. For computational simulation used by COMSOL Mutltiphysics® software based on finite element methods and performed a simulation investigation of some of the main factors that influence or the field emission phenomenon, such as the selection between array nanotubes, effective emission area, radius , working function and height of the nanotubes in the arrangement. For experimental measurements, an ultra-high vacuum chamber was adapted for data capture and to overcome difficulties in controlling automated electronic instrumentation via computer or software developed in C#. Thus, a significant amount of parameters were investigated, reaching a larger estimate of the estimate of the effective emission area and a better control of the data related to the stability of the emission current. For morphology and structure analysis, they were analyzed ex situ by scanning and transmission electron microscopy and Raman spectroscopy. The field improvement factor and the results obtained by mathematical model and changes were extremely concordant with variation of 3.8% and 0.1% for the analyzed analyzes. For expected results, as divergent, are applied in rigorous and modern mathematical physical test, analyzed in the literature, to verify the reasonableness of the numerical result and the results found in this work proved to be used according to these procedures. This study then contributed to mitigate some discrepancies that occur in the correct interpretation of the phenomenon

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