Direct Observation of Polymer Sheathing in Carbon Nanotube-Polycarbonate Composites

Nano Letters

Volumn 3, Issue 11, 2003, Pages 1593-1597

  Ding, W ^a   Eitan, A ^b   Fisher, F T ^a   Chen, X ^a   Dikin, D A ^a   Andrews, R ^c   Brinson, L C ^a   Schadler, L S ^b   Ruoff, R S ^a  

^a Northwestern University   (United States)

^b RENSSELAER POLYTECHNIC INSTITUTE   (United States)

^c UNIVERSITY OF KENTUCKY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBON NANOTUBE; POLYCARBONATE; POLYMER;

ARTICLE; CHEMICAL INTERACTION; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR PHYSICS; POLYMERIZATION; REACTION ANALYSIS;

EID: 0344256588     PISSN: 15306984     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl0345973     Document Type: Article

References (35)

1. Lau, K. T.; Hui, D. Composites Part B 2002, 33, 263. Thostenson, E. T.; Ren, Z. F.; Chou, T. W. Compos. Sci. Technol. 2001, 61, 1899.
2. Lau, K. T.; Hui, D. Composites Part B 2002, 33, 263. Thostenson, E. T.; Ren, Z. F.; Chou, T. W. Compos. Sci. Technol. 2001, 61, 1899.
3. Qian, D.; Dickey, E. C.; Andrews, R.; Rantell, T. Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 2868. Qian, D.; Dickey, E. C. J. Microscopy 2001, 204, 39.
4. Qian, D.; Dickey, E. C.; Andrews, R.; Rantell, T. Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 2868. Qian, D.; Dickey, E. C. J. Microscopy 2001, 204, 39.
5. Sandler, J.; Shaffer, M. S. P.; Prasse, T.; Bauhofer, W.; Schulte, K.; Windle, A. H. Polymer 1999, 40, 5967.
6. Biercuk, M. J.; Llaguno, M. C.; Radosavljevic, M.; Hyun, J. K.; Johnson, A. T.; Fischer, J. E. Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 2767. Wei, C.; Srivastava, D. ; Cho, K. Nano Lett. 2002, 2, 647. Hone, J.; Llaguno, M. C.; Biercuk, M. J.; Johnson, A. T.; Batlogg, B.; Benes, Z.; Fischer, J. E. Appl. Phys. A-Mater. Sci. Process. 2002, 74, 339.
7. Biercuk, M. J.; Llaguno, M. C.; Radosavljevic, M.; Hyun, J. K.; Johnson, A. T.; Fischer, J. E. Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 2767. Wei, C.; Srivastava, D. ; Cho, K. Nano Lett. 2002, 2, 647. Hone, J.; Llaguno, M. C.; Biercuk, M. J.; Johnson, A. T.; Batlogg, B.; Benes, Z.; Fischer, J. E. Appl. Phys. A-Mater. Sci. Process. 2002, 74, 339.
8. Biercuk, M. J.; Llaguno, M. C.; Radosavljevic, M.; Hyun, J. K.; Johnson, A. T.; Fischer, J. E. Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 2767. Wei, C.; Srivastava, D. ; Cho, K. Nano Lett. 2002, 2, 647. Hone, J.; Llaguno, M. C.; Biercuk, M. J.; Johnson, A. T.; Batlogg, B.; Benes, Z.; Fischer, J. E. Appl. Phys. A-Mater. Sci. Process. 2002, 74, 339.
9. Kim, B. W.; Nairn, J. A. J. Compos. Mater. 2002, 36, 1825. Zhandarov, S. ; Pisanova, E.; Mader, E.; Nairn, J. A. J. Adhes. Sci. Technol. 2001, 15, 205. Pisanova, E.; Zhandarov, S.; Mader, E.; Ahmad, I. Young, R., Composites, Part A 2001, 32, 435.
10. Kim, B. W.; Nairn, J. A. J. Compos. Mater. 2002, 36, 1825. Zhandarov, S. ; Pisanova, E.; Mader, E.; Nairn, J. A. J. Adhes. Sci. Technol. 2001, 15, 205. Pisanova, E.; Zhandarov, S.; Mader, E.; Ahmad, I. Young, R., Composites, Part A 2001, 32, 435.
11. Kim, B. W.; Nairn, J. A. J. Compos. Mater. 2002, 36, 1825. Zhandarov, S. ; Pisanova, E.; Mader, E.; Nairn, J. A. J. Adhes. Sci. Technol. 2001, 15, 205. Pisanova, E.; Zhandarov, S.; Mader, E.; Ahmad, I. Young, R., Composites, Part A 2001, 32, 435.
12. Shaffer, M. S. P.; Windle, A. H. Adv. Mater. 1999, 11, 937. Fisher, F. T., Ph. D. Thesis, Northwestern University, 2002. Fisher, F. T.; Eitan, A.; Andrews, R.; Schadler, L. S.; Brinson, L. C. Adv. Composites Lett. 2003, submitted. Barber, A. H.; Cohen, S. R.; Wagner, H. D. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 4140.
13. Shaffer, M. S. P.; Windle, A. H. Adv. Mater. 1999, 11, 937. Fisher, F. T., Ph. D. Thesis, Northwestern University, 2002. Fisher, F. T.; Eitan, A.; Andrews, R.; Schadler, L. S.; Brinson, L. C. Adv. Composites Lett. 2003, submitted. Barber, A. H.; Cohen, S. R.; Wagner, H. D. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 4140.
14. Shaffer, M. S. P.; Windle, A. H. Adv. Mater. 1999, 11, 937. Fisher, F. T., Ph. D. Thesis, Northwestern University, 2002. Fisher, F. T.; Eitan, A.; Andrews, R.; Schadler, L. S.; Brinson, L. C. Adv. Composites Lett. 2003, submitted. Barber, A. H.; Cohen, S. R.; Wagner, H. D. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 4140.
15. Shaffer, M. S. P.; Windle, A. H. Adv. Mater. 1999, 11, 937. Fisher, F. T., Ph. D. Thesis, Northwestern University, 2002. Fisher, F. T.; Eitan, A.; Andrews, R.; Schadler, L. S.; Brinson, L. C. Adv. Composites Lett. 2003, submitted. Barber, A. H.; Cohen, S. R.; Wagner, H. D. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 4140.
16. Lourie, O.; Wagner, H. D. Appl. Phys. Lett. 1998, 73, 3527. Bower, C.; Rosen, R.; Lin, J.; Han, J.; Zhou, O. Appl. Phys. Lett. 1999, 74, 3317. Cadek, M.; Coleman, J. N.; Barron, V.; Hedicke, K.; Blau, W. J. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 5123.
17. Lourie, O.; Wagner, H. D. Appl. Phys. Lett. 1998, 73, 3527. Bower, C.; Rosen, R.; Lin, J.; Han, J.; Zhou, O. Appl. Phys. Lett. 1999, 74, 3317. Cadek, M.; Coleman, J. N.; Barron, V.; Hedicke, K.; Blau, W. J. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 5123.
18. Lourie, O.; Wagner, H. D. Appl. Phys. Lett. 1998, 73, 3527. Bower, C.; Rosen, R.; Lin, J.; Han, J.; Zhou, O. Appl. Phys. Lett. 1999, 74, 3317. Cadek, M.; Coleman, J. N.; Barron, V.; Hedicke, K.; Blau, W. J. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 5123.
19. Potschke, P.; Fornes, T. D.; Paul, D. R. Polymer 2002, 43, 3247.
20. Andrews, R.; Jacques, D.; Rao, A. M.; Derbyshire, F.; Qian, D.; Fan, X.; Dickey, E. C.; Chen, J. Chem. Phys. Lett. 1999, 303, 467.
21. Eitan, A.; Ding, W.; Fisher, F. T.; Chen, X.; Andrews, R.; Brinson, L. C.; Ruoff, R. S.; Schadler, L. S., in preparation.
22. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Skidmore, G. D.; Rohrs, H. W.; Lu, X.; Ausman, K. D.; von Ehr, J. R.; Ruoff, R. S. Nanotechnology 1999, 10, 244. Yu, M.-F.; Lourie, O.; Dyer, M.; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, R. S. Science 2000, 287, 637. Yu, M.-F.; Yakobson, B. I.; Ruoff, R. S. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8764. Yu, M.-F.; Files, B. S.; Arepalli, S.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5552. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Chen, J.; Qian, D.; Liu, W. K.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. B 2001, 64, 241403. Yu, M.-F.; Wagner, G. J.; Ruoff, R. S.: Dyer, M. J. Phys. Rev. B 2002, 66, 073406. Dikin, D. A.; Chen, X.; Ding, W.; Wagner, G.; Ruoff, R. S. J. Appl. Phys. 2003, 93, 226.
23. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Skidmore, G. D.; Rohrs, H. W.; Lu, X.; Ausman, K. D.; von Ehr, J. R.; Ruoff, R. S. Nanotechnology 1999, 10, 244. Yu, M.-F.; Lourie, O.; Dyer, M.; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, R. S. Science 2000, 287, 637. Yu, M.-F.; Yakobson, B. I.; Ruoff, R. S. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8764. Yu, M.-F.; Files, B. S.; Arepalli, S.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5552. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Chen, J.; Qian, D.; Liu, W. K.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. B 2001, 64, 241403. Yu, M.-F.; Wagner, G. J.; Ruoff, R. S.: Dyer, M. J. Phys. Rev. B 2002, 66, 073406. Dikin, D. A.; Chen, X.; Ding, W.; Wagner, G.; Ruoff, R. S. J. Appl. Phys. 2003, 93, 226.
24. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Skidmore, G. D.; Rohrs, H. W.; Lu, X.; Ausman, K. D.; von Ehr, J. R.; Ruoff, R. S. Nanotechnology 1999, 10, 244. Yu, M.-F.; Lourie, O.; Dyer, M.; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, R. S. Science 2000, 287, 637. Yu, M.-F.; Yakobson, B. I.; Ruoff, R. S. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8764. Yu, M.-F.; Files, B. S.; Arepalli, S.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5552. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Chen, J.; Qian, D.; Liu, W. K.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. B 2001, 64, 241403. Yu, M.-F.; Wagner, G. J.; Ruoff, R. S.: Dyer, M. J. Phys. Rev. B 2002, 66, 073406. Dikin, D. A.; Chen, X.; Ding, W.; Wagner, G.; Ruoff, R. S. J. Appl. Phys. 2003, 93, 226.
25. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Skidmore, G. D.; Rohrs, H. W.; Lu, X.; Ausman, K. D.; von Ehr, J. R.; Ruoff, R. S. Nanotechnology 1999, 10, 244. Yu, M.-F.; Lourie, O.; Dyer, M.; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, R. S. Science 2000, 287, 637. Yu, M.-F.; Yakobson, B. I.; Ruoff, R. S. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8764. Yu, M.-F.; Files, B. S.; Arepalli, S.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5552. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Chen, J.; Qian, D.; Liu, W. K.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. B 2001, 64, 241403. Yu, M.-F.; Wagner, G. J.; Ruoff, R. S.: Dyer, M. J. Phys. Rev. B 2002, 66, 073406. Dikin, D. A.; Chen, X.; Ding, W.; Wagner, G.; Ruoff, R. S. J. Appl. Phys. 2003, 93, 226.
26. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Skidmore, G. D.; Rohrs, H. W.; Lu, X.; Ausman, K. D.; von Ehr, J. R.; Ruoff, R. S. Nanotechnology 1999, 10, 244. Yu, M.-F.; Lourie, O.; Dyer, M.; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, R. S. Science 2000, 287, 637. Yu, M.-F.; Yakobson, B. I.; Ruoff, R. S. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8764. Yu, M.-F.; Files, B. S.; Arepalli, S.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5552. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Chen, J.; Qian, D.; Liu, W. K.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. B 2001, 64, 241403. Yu, M.-F.; Wagner, G. J.; Ruoff, R. S.: Dyer, M. J. Phys. Rev. B 2002, 66, 073406. Dikin, D. A.; Chen, X.; Ding, W.; Wagner, G.; Ruoff, R. S. J. Appl. Phys. 2003, 93, 226.
27. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Skidmore, G. D.; Rohrs, H. W.; Lu, X.; Ausman, K. D.; von Ehr, J. R.; Ruoff, R. S. Nanotechnology 1999, 10, 244. Yu, M.-F.; Lourie, O.; Dyer, M.; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, R. S. Science 2000, 287, 637. Yu, M.-F.; Yakobson, B. I.; Ruoff, R. S. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8764. Yu, M.-F.; Files, B. S.; Arepalli, S.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5552. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Chen, J.; Qian, D.; Liu, W. K.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. B 2001, 64, 241403. Yu, M.-F.; Wagner, G. J.; Ruoff, R. S.: Dyer, M. J. Phys. Rev. B 2002, 66, 073406. Dikin, D. A.; Chen, X.; Ding, W.; Wagner, G.; Ruoff, R. S. J. Appl. Phys. 2003, 93, 226.
28. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Skidmore, G. D.; Rohrs, H. W.; Lu, X.; Ausman, K. D.; von Ehr, J. R.; Ruoff, R. S. Nanotechnology 1999, 10, 244. Yu, M.-F.; Lourie, O.; Dyer, M.; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, R. S. Science 2000, 287, 637. Yu, M.-F.; Yakobson, B. I.; Ruoff, R. S. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8764. Yu, M.-F.; Files, B. S.; Arepalli, S.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5552. Yu, M.-F.; Dyer, M. J.; Chen, J.; Qian, D.; Liu, W. K.; Ruoff, R. S. Phys. Rev. B 2001, 64, 241403. Yu, M.-F.; Wagner, G. J.; Ruoff, R. S.: Dyer, M. J. Phys. Rev. B 2002, 66, 073406. Dikin, D. A.; Chen, X.; Ding, W.; Wagner, G.; Ruoff, R. S. J. Appl. Phys. 2003, 93, 226.
29. The differences in average diameters for the as-received, unfunctionalized, and BGE functionalized MWCNTs presented in Figure 2 are much smaller than the polymer sheath thicknesses determined from other results discussed in this paper. The smaller and more flexible/fragile MWCNTs may be preferentially damaged or covered by the gold sputtering process used to image the samples in the SEM. In addition, the smaller diameter MWCNTs have shorter exposed ends protruding from the fracture surface, making it difficult to access them for the nanomanipulation experiments discussed later in this paper.
30. Eitan, A.; Jiang, K.; Dukes, D.; Andrews, R.; Schadler, L. S. Chem. Mater. 2003, 15, 3198.
31. As discussed later in this paper, additional results suggest that there may be multiple layers of polymer sheathing surrounding the nanotube. In this case, it may be possible that what we refer to as the inner diameter is in fact a MWCNT covered with a thin polymer layer.
32. A close review of initial SEM images of the fracture surface indicates that a small number of similar polymer globules were present prior to the nanomanipulation experiments. In addition, subsequent SEM imaging three months after the nanomanipulation experiments showed the presence of a greater number of polymer globules, which indicates that the balling up phenomenon is not solely dependent on contact with the AFM tip. This observation is also consistent with our hypothesis regarding the thermodynamic nature of this phenomenon, which is briefly presented later in this paper.
33. van der Gucht, J.; Besseling, N. A. M.; Fleer, G. J. Macromolecules 2002, 35, 6732. Haouam, A.; Pefferkorn, E. Colloids Surf. 1989, 34, 371. Starr, F. W.; Schroder, T. B.; Glotzer, S. C. Macromolecules 2002, 35, 4481.
34. van der Gucht, J.; Besseling, N. A. M.; Fleer, G. J. Macromolecules 2002, 35, 6732. Haouam, A.; Pefferkorn, E. Colloids Surf. 1989, 34, 371. Starr, F. W.; Schroder, T. B.; Glotzer, S. C. Macromolecules 2002, 35, 4481.
35. van der Gucht, J.; Besseling, N. A. M.; Fleer, G. J. Macromolecules 2002, 35, 6732. Haouam, A.; Pefferkorn, E. Colloids Surf. 1989, 34, 371. Starr, F. W.; Schroder, T. B.; Glotzer, S. C. Macromolecules 2002, 35, 4481.