Mechanical reinforcement of polymers using carbon nanotubes

Advanced Materials

Volumn 18, Issue 6, 2006, Pages 689-706

  Coleman, Jonathan N ^a   Khan, Umar ^a   Gun'ko, Yurii K ^a,b  

^a TRINITY COLLEGE DUBLIN   (Ireland)

^b School of Chemistry   (Ireland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

POLYMER REINFORCEMENT; POLYMER-NANOTUBE COMPOSITES; ULTRA-STRONG COMPOSITE MATERIALS;

CARBON NANOTUBES; MECHANICAL PROPERTIES; OPTIMIZATION; PROBLEM SOLVING; REINFORCEMENT;

POLYMERS;

EID: 33645385898     PISSN: 09359648     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.200501851     Document Type: Review

References (119)

1. R. H. Baughman, A. A. Zakhidov, W. A. de Heer. Science 2002, 297, 787.
2. J. Cao, Q. Wang, M. Rolandi, H. Dai, Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 216803.
3. B. E. Kilbride, J. N. Coleman, J. Fraysse, P. Fournet, M. Cadek, A. Drury, S. Hutzler, S. Roth, W. J. Blau, J. Appl. Phys. 2002, 92, 4024.
4. M. J. Biercuk, M. C. Llaguno, M. Radosavljevic, J. K. Hyun, A. T. Johnson, Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 2767.
5. W. D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering: An Introduction, 6th ed., Wiley, New York 2003.
6. G. G. Tibbetts, C. P. Beetz, J. Phys. D: Appl. Phys. 1987, 20, 292.
7. K. Hata, D. N. Futaba, K. Mizuno, T. Namai, M. Yumura, S. Iijima, Science 2004, 306, 1362.
8. E. W. Wong, P. E. Sheehan, C. M. Lieber, Science 1997, 277, 1971.
9. M. Yu, O. Lourie, M. J. Dyer, T. F. Kelly, R. S. Ruoff, Science 2000, 287, 637.
10. S. Xie, W. Li, Z. Pan, B. Chang, L. Sun, J. Phys. Chem. Solids 2000, 61, 1153.
11. O. Breuer, U. Sundararaj, Polym. Compos. 2004, 25, 630.
12. P. J. F. Harris, Int. Mater. Rev. 2004, 49, 31.
13. B. T. Kelly, Physics of Graphite, Applied Science, London 1981.
14. K. Perepelkin, Sov. Mater. Sci. 1972, 8, 198.
15. R. Bacon, J. Appl. Phys. 1960, 31, 283.
16. G. Overney, W. Zhong, D. Tomanek, Z. Phys. D: At., Mol. Clusters 1993, 27, 93.
17. J. P. Lu, J. Phys. Chem. Solids 1997, 58, 1649.
18. M. M. J. Treacy, T. W. Ebbesen, J. M. Gibson, Nature 1996, 381, 678.
19. P. Poncharal, Z. L. Wang, D. Ugarte, W. A. de Heer, Science 1999, 283, 1513.
20. M. R. Falvo, G. J. Clary, R. M. Taylor, V. Chi, F. P. Brooks, S. Washburn, R. Superfine, Nature 1997, 389, 582.
21. J. P. Salvetat, A. J. Kulik, J. M. Bonard, G. A. D. Briggs, T. Stockli, K. Metenier, S. Bonnaray, F. Beguin, N. A. Burnham, L. Forro, Adv. Mater. 1999, 11, 161.
22. J. P. Salvetat, G. A. D. Briggs, J. M. Bonard, R. R. Bacsa, A. J. Kulik, T. Stockli, N. A. Burnham, L. Forro, Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 944.
23. M. F. Yu, B. S. Files, S. Arepalli, R. S. Ruoff, Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5552.
24. C. Miko, M. Milas, J. W. Seo, E. Couteau, N. Barisic, R. Gaal, L. Forro, Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 4622.
25. A. Kis, G. Csanyi, J. P. Salvetat, T. N. Lee, E. Couteau, A. J. Kulik, W. Benoit, J. Brugger, L. Forro, Nat. Mater. 2004, 3, 153.
26. H. L. Cox, Br J. Appl. Phys. 1952, 3, 72.
27. H. Krenchel, Fibre Reinforcement, Akademisk, Copenhagen, Denmark 1964.
28. A. Kelly, N. H. Macmillan, Strong Solids, 3rd ed., Oxford University Press, Oxford, UK 1986.
29. P. M. Ajayan, L. S. Schadler, C. Giannaris, A. Rubio, Adv. Mater. 2000, 12, 750.
30. L. S. Schadler, S. C. Giannaris, P. M. Ajayan, Appl. Phys. Lett. 1998, 73, 3842.
31. S. L. Ruan, P. Gao, X. G. Yang, T. X. Yu, Polymer 2003, 44, 5643.
32. C. A. Cooper, R. J. Young, M. Halsall, Composites, Part A 2001, 32, 401.
33. S. J. V. Frankland, A. Caglar, D. W. Brenner, M. Griebel, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 3046.
34. K. Liao, S. Li, Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 4225.
35. H. D. Wagner, O. Lourie, Y. Feldman, R. Tenne, Appl. Phys. Lett. 1998, 72, 188.
36. C. A. Cooper, S. R. Cohen, A. H. Barber, H. D. Wagner, Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 3873.
37. A. H. Barber, S. R. Cohen, H. D. Wagner, Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 4140.
38. A. H. Barber, S. R. Cohen, S. Kenig, H. D. Wagner, Compos. Sci. Technol. 2004, 64, 2283.
39. A. Kelly, W. R. Tyson, J. Mech. Phys. Solids 1965, 13, 329.
40. G. L. Hwang, Y.-T. Shieh, K. C. Hwang, Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 487.
41. O. Lourie, D. M. Cox, H. D. Wagner, Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 1638.
42. M. Cadek, J. N. Coleman, V. Barron, K. Hedicke, W. J. Blau, Appl. Phys. Lett. 2002, 57, 5123.
43. M. Cadek, J. N. Coleman, K. P. Ryan, V. Nicolosi, G. Bister, A. Fonseca, J. B. Nagy, K. Szostak, F. Beguin, W. J. Blau, Nano Lett. 2004, 4, 353.
44. J. N. Coleman, M. Cadek, R. Blake, V. Nicolosi, K. P. Ryan, C. Belton, A. Fonseca, J. B. Nagy, Y. K. Gun'ko, W. J. Blau, Adv. Funct. Mater. 2004, 74, 791.
45. F. Dalmas, L. Chazeau, C. Gauthier, K. Masenelli-Varlot, R. Dendievel, J. Y. Cavaillé, L. Forró, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2005, 43, 1186.
46. A. Dufresne, M. Paillet, J. L. Putaux, R. Canet, F. Carmona, P. Delhaes, S. Cui, J. Mater. Sci. 2002, 37, 3915.
47. B. McCarthy, J. N. Coleman, R. Czerw, A. B. Dalton, M. I. H. Panhuis, A. Maiti, A. Drury, P. Bernier, J. B. Nagy, B. Lahr, H. J. Byrne, D. L. Carroll, W. J. Blau, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2210.
48. R. Andrews, D. Jacques, M. Minot, T. Rantell, Macromol. Mater. Eng. 2002, 257, 395.
49. R. Andrews, D. Jacques, D. L. Qian, T. Rantell, Acc. Chem. Res. 2002, 35, 1008.
50. O. Meincke, D. Kaempfer, H. Weickmann, C. Friedrich, M. Vathauer, H. Warth, Polymer 2004, 45, 739.
51. P. Potschke, A. R. Bhattacharyya, A. Janke, H. Goering, Compos. Interfaces 2003, 10, 389.
52. P. Potschke, T. D. Fornes, D. R. Paul, Polymer 2002, 43, 3247.
53. J. Sandler, G. Broza, M. Nolle, K. Schulte, Y. M. Lam, M. S. P. Shaffer, J. Macromol. Sci., Part B: Phys. 2003, 42, 479.
54. J. K. W. Sandler, S. Pegel, M. Cadek, F. Gojny, M. van Es, J. Lohmar, W. J. Blau, K. Schulte, A. H. Windle, M. S. P. Shaffer, Polymer 2004, 45, 2001.
55. R. Haggenmueller, H. H. Gommans, A. G. Rinzler, J. E. Fischer, K. I. Winey, Chem. Phys. Lett. 2000, 330, 219.
56. J. C. Kearns, R. L. Shambaugh, J Appl. Polym. Sci. 2002, 86, 2079.
57. P. M. Ajayan, O. Stephan, C. Colliex, D. Trauth, Science 1994, 265, 1212.
58. Q. Q. Li, M. Zaiser, V. Koutsos, Phys. Status Solidi A 2004, 201, R89.
59. J. Zhu, H. Peng, F. Rodriguez-Macias, J. L. Margrave, V. N. Khabashesku, A. M. Imam, K. Lozano, E. V. Barrera, Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 643.
60. Z. Jia, Z. Wang, C. Xu, J. Liang, B. Wei, D. Wu, S. Zhu, Mater. Sci. Eng., A 1999, 271, 395.
61. C. Velasco-Santos, A. L. Martinez-Hernandez, F. T. Fisher, R. Ruoff, V. M. Castano, Chem. Mater. 2003, 15, 4470.
62. K. W. Putz, C. A. Mitchell, R. Krishnamoorti, P. F. Green, J Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2004, 42, 2286.
63. C. Zhao, G. Hu, R. Justice, D. W. Schaefer, S. Zhang, M. Yang, C. C. Han, Polymer 2005, 46, 5125.
64. J. Gao, M. E. Itkis, A. Yu, E. Bekyarova, B. Zhao, R. C. Haddon, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3847.
65. J. Zhu, J. Kim, H. Peng, J. L. Margrave, V. N. Khabashesku, E. V. Barrera, Nano Lett. 2003, 3, 1107.
66. S. Kumar, T. D. Dang, F. E. Arnold, A. R. Bhattacharyya, B. G. Min, X. Zhang, R. A. Vaia, C. Park, W. W. Adams, R. H. Hauge, R. E. Smalley, S. Ramesh, P. A. Willis, Macromolecules 2002, 35, 9039.
67. S. Banerjee, T. Hemraj-Benny, S. S. Wong, Adv. Mater. 2005, 17, 17.
68. G. Viswanathan, N. Chakrapani, H. Yang, B. Wei, H. Chung, K. Cho, C. Y. Ryu, P. M. Ajayan, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9258.
69. S. Qin, D. Qin, W. T. Ford, D. E. Resasco, J. E. Herrera, Macromolecules 2004, 37, 752.
70. H. Xia, Q. Wang, G. Qiu, Chem. Mater. 2003, 15, 3879.
71. X. Tong, C. Liu, H.-M. Cheng, H. Zhao, F. Yang, X. Zhang, J. Appl. Polym. Sci. 2004, 92, 3697.
72. K. Fu, W. Huang, Y. Lin, L. A. Riddle, D. L. Carroll, Y. P. Sun, Nano Lett. 2001, 1, 439.
73. X. Lou, C. Detrembleur, V. Sciannamea, C. Pagnoulle, R. Jerome, Polymer 2004, 45, 6097.
74. R. Blake, Y. K. Gun'ko, J. Coleman, M. Cadek, A. Fonseca, J. B. Nagy, W. J. Blau, J Am. Chem. Soc. 2004, 126, 10226.
75. S. Bhattacharyya, C. Sinturel, J. P. Salvetat, M.-L. Saboungi, Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 113104.
76. J. Yang, J. Hu, C. Wang, Y. Qin, Z. Guo, Macromol. Mater. Eng. 2004, 289, 828.
77. G. Broza, M. Kwiatkowska, Z. Roslaniec, K. Schulte, Polymer 2005, 46, 5860.
78. J. N. Coleman, W. J. Blau, A. B. Dalton, E. Munoz, S. Collins, B. G. Kim, J. Razal, M. Selvidge, G. Vieiro, R. H. Baughman, Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 1682.
79. Z. Wang, Z. Liang, B. Wang, C. Zhang, L. Kramer, Composites, Part A 2004, 35, 1225.
80. E. Lahiff, C. Y. Ryu, S. Curran, A. I. Minett, W. J. Blau, P. M. Ajayan, Nano Lett. 2003, 3, 1333.
81. A. A. Mamedov, N. A. Kotov, M. Prato, D. M. Guldi, J. P. Wicksted, A. Hirsch, Nat. Mater. 2002, 1, 190.
82. M. Olek, J. Ostrander, S. Jurga, H. Mohwald, N. Kotov, K. Kempa, M. Giersig, Nano Lett. 2004, 4, 1889.
83. B. Vigolo, A. Penicaud, C. Coulon, C. Sauder, R. Pailler, C. Journet, P. Bernier, P. Poulin, Science 2000, 290, 1331.
84. A. B. Dalton, S. Collins, E. Munoz, J. M. Razal, V. H. Ebron, J. P. Ferraris, J. N. Coleman, B. G. Kim, R. H. Baughman, Nature 2003, 423, 703.
85. P. Miaudet, S. Badaire, M. Maugey, A. Derre, V. Pichot, P. Launois, P. Poulin, C. Zakri, Nano Lett. 2005, 5, 2212.
86. A. Formhals, US Patent 1975 504, 1934.
87. F. Ko, Y. Gogotsi, A. Ali, N. Naguib, H. H. Ye, G. L. Yang, C. Li, P. Willis, Adv. Mater. 2003, 15, 1161.
88. R. Sen, B. Zhao, D. Perea, M. E. Itkis, H. Hu, J. Love, E. Bekyarova, R. C. Haddon, Nano Lett. 2004, 4, 459.
89. D. Qian, E. C. Dickey, R. Andrews, T. Ranteil, Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 2868.
90. B. Safadi, R. Andrews, E. A. Grulke, J. Appl Polym. Sci. 2002, 84, 2660.
91. M. S. P. Shaffer, A. H. Windle, Adv. Mater. 1999, 11, 937.
92. Z. Jin, K. Pramoda, G. Xu, S. H. Goh, Chem. Phys. Lett. 2001, 337, 43.
93. E. T. Thostenson, T.-W. Chou, J. Phys. D: Appl. Phys. 2002, 35, L77.
94. R. E. Gorga, R. E. Cohen. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2004, 42, 2690.
95. T. X. Liu, I. Y. Phang, L. Shen, S. Y. Chow, W.-D. Zhang, Macromolecules 2004, 37, 7214.
96. W. D. Zhang, L. Shen, I. Y. Phang, T. X. Liu, Macromolecules 2004, 37, 256.
97. M. A. L. Manchado, L. Valentini, J. Biagiotti, J. M. Kenny, Carbon 2005, 43, 1499.
98. E. M. Moore, D. L. Ortiz, V. T. Maria, R. L. Shambaugh, B. P. Grady, J. Appl. Polym. Sci. 2004, 93, 2926.
99. T. E. Chang, L. R. Jensen, A. Kisliuk, R. B. Pipes, R. Pyrz, A. P. Sokolov, Polymer 2005,46, 439.
100. A. Allaoui, S. Bai, H. M. Cheng, J. B. Bai. Compos. Sci. Technol 2002, 62, 1993.
101. X. D. Li, H. S. Gao, W. A. Scrivens, D. L. Fei, X. Y. Xu, M. A. Sutton, A. P. Reynolds, M. L. Myrick, Nanotechnology 2004, 15, 1416.
102. T. Ogasawara, Y. Ishida, T. Ishikawa, R. Yokota, Composites, Part A 2004, 35, 67.
103. J. R. Wood, Q. Zhao, M. D. Frogley, E. R. Meurs, A. D. Prins, T. Peijs, D. J. Dunstan, H. D. Wagner, Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2000, 62, 7571.
104. Y. Breton, G. Desarmot, J. P. Salvetat, S. Delpeux, C. Sinturel, F.Beguin, S. Bonnamy, Carbon 2004, 42, 1027.
105. J. Bai, Carbon 2003, 41, 1325.
106. C. Park, Z. Ounaies, K. A. Watson, R. E. Crooks, J. Smith, S. E. Lowther, J. W. Connell, E. J. Siochi, J. S. Harrison, T. L. S. Clair, Chem. Phys. Lett. 2002, 364, 303.
107. See, for example, http://www.toyobo.co.jp/e/seihin/kc/pbo/ (accessed February 2006).
108. I. M. Ward, J. Sweeney, The Mechanical Properties of Solid Polymers, 2nd ed., Wiley, New York 2004.
109. A. Garg, S. B. Sinnott, Chem. Phys. Lett. 1998, 295, 273.
110. L. Liu, A. H. Barber, S. Muriel, H. D. Wagner, Adv. Fund. Mater. 2005,15, 975.
111. C. J. Frizzell, M. I. H. Panhuis, D. H. Countinho, K. J. Balkus, Jr., A. I. Minett, W. J. Blau, J. N. Coleman, Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005, 72, 245 420.
112. E. Lahiff, R. Leahy, J. N. Coleman, W. J. Blau, unpublished.
113. Y.-L. Li, I. A. Kinloch, A. H. Windle, Science 2004, 304, 276.
114. M. Zhang, K. R. Atkinson, R. H. Baughman, Science 2004, 306, 1358.
115. M. Zhang, S. Fang, A. A. Zakhidov, S. B. Lee, A. E. Aliev, C. D. Williams, K. R. Atkinson, R. H. Baughman, Science 2005, 309, 1215.
116. B. Vigolo, P. Poulin, M. Lucas, P. Launois, P. Bernier, Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 1210.
117. J. N. Barisci, M. Tahhan, G. G. Wallace, S. Badaire, T. Vaugien, M. Maugey, P. Poulin, Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 133.
118. M. Shaffer, I. A. Kinloch, Compos. Sci. Technol. 2004, 64, 2281.
119. C. Velasco-Santos, A. L. Martynez-Hernandez, F. Fischer, R. Ruoff, V. M. Castano, J. Phys. D. 2003, 36, 1423.