Carbon-based high aspect ratio polymer nanocomposites

Nanoscience and Computational Chemistry: Research Progress

Volumn , Issue , 2013, Pages 85-123

  Gkourmpis, Thomas ^a  

^a BOREALIS AB   (Sweden)

Author keywords

Carbon based allotropes; Conductive fillers; Gas permeation; Liquid permeation; Melt mixing; Polymer matrix; Solution mixing

Indexed keywords

EID: 84929052152     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: 10.1201/b16368     Document Type: Chapter

References (151)

1. Ajayan, P. M.; Zhou, O. Z. Topics Appl. Phys. 2001, 80, 391-425.
2. Alig, I.; Pötschke, P.; Lellinger, D.; Skipa, T.; Pegel, S.; Kasaliwal, G. R.; Villmow, T. Polymer, 2012, 53, 4-28.
3. Ansari, S.; Giannelis, E. P. J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2009, 47, 888-897.
4. ASTM D1238-04.
5. Avouris, P.; Xia, F. MRS Bulletin, 2012, 37, 1225-1234.
6. Bae, S.; Kim, S. J.; Shin, D.; Ahn, J-H.; Hong, B. H. Phys. Scr. 2012, T146, 014024.
7. Bahr, J. L.; Yang, J.; Kosynkin, D. V.; Bronokowski, M. J.; Smalley, R. E.; Tour, J. M. J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 6536-6542.
8. Balandin, A. A. Phys. Low-Dim. Structures 2000, 1/2, 1.
9. Balandin, A. A. Potentials, IEEE 2002, 21, 11-15.
10. Balberg, I.; Binenbaum, N.; Wagner, N. Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 1465-1468.
11. Barger, A. H.; Cohen, S. R.; Wagner, H. D. Phys. Rev. Lett., 2004, 92, 186103-186104.
12. Bhattacharyya, A. R.; Sreekumar, T. V.; Liu, T.; Kumar, S.; Ericson, L. M.; Hauge, R. H.; Smalley, R. E. Polymer, 2003, 44, 2373-2377.
13. Bunch, J. S.; Verbridge, S. S. Alden, J. S.; van der Zande, A. M.; Parpia, M. J.; Craighead, H. G.; McEuen, P. L. Nano Lett. 2008, 8, 2458-2462.
14. Celzard, A.; McRae, E.; Deleuze, C.; Dufort, M.; Furdin, G.; Mareche, J. F. Phys. Rev. B 1996, 53, 6209-6214.
15. Celzard, A.; McRae, E.; Mareche, J. F.; Furdin, G.; Dufort, M.; Deleuze, C. J. Phys. Chem. Solids 1996, 57, 715-718.
16. Chen, J.; Hamon, M. A.; Hu, H.; Chen, Y.; Rao, A. M.; Eklund, P. C.; Haddon, R. C. Science, 1998, 282, 95-98.
17. Chen, P. W.; Chung, D. D. L. J. Electron. Mater., 1995, 24, 47-51.
18. Chen, Y-H.; Zhong, G-J.; Lei, J.; Li, Z-M.; Hsiao, B. S. Macromolecules, 2011, 44, 8080-8092.
19. Cheng, S.; Chen, Xi.; Hsuan, Y. G.; Li, C. Y. Macromolecules, 2012, 45, 993-1000.
20. Chou, T-W.; Gao, L.; Thostenson, E. T.; Zhang, Z.; Byun, J-H. Compos. Sci. Technol. 2010, 70, 1-19.
21. Chrissafis, K.; Paraskevopoulos, K. M.; Tsiaoussis, I.; Bikiaris, D. J. Appl. Polym. Sci. 2009, 114, 1606-1618.
22. Collins, P. G.; Bradley, K.; Ishigami, M.; Zettl, A. Science, 2000, 287, 1801-1804.
23. Doi, M.; Edwards, S. F. The Theory of Polymer Dynamics, Clarendon, Oxford, 1986.
24. Du, X.; Skachko, I.; Barker, A.; Andrei, E. Y. Nature Nanotechnol., 2008, 3, 491-495.
25. Endo, M.; Hayashi, T.; Kim, Y, A.; Terrones, M.; Dresselhaus, M. S. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, 2004, 362, 2223-2238.
26. Frank, B.; Blume, R.; Rinaldi, A.; Trunschke, A.; Schlögl, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 10226-10230.
27. Fukushima, H.; Drzal, L. T.; Rook, B. P.; Rich, M. J. J. Therm. Anal. Calorim. 2006, 85, 235-238.
28. Garboczi, E. J.; Snyder, K. A.; Douglas, J. F.; Thorpe, M. F. Phys. Rev. E 1995, 52, 819-828.
29. Ge, J. J.; Hou, H.; Li, Q.; Graham, M. J.; Greiner, A.; Reneker, D. H.; Harris, F. W.; Cheng, S. Z. D. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15754-15761.
30. Geim, A. K.; MacDonald, A. H. Phys. Today, 2007, 60, 35-41 (b).
31. Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nature Mater. 2007, 6, 183-191.
32. Ghosh, S.; Calizo, I.; Teweldebrhan, D.; Polikatilov, E. P.; Nikla, D. L.; Balandin, A. A.; Bao, W.; Miao, F.; Nau, C. N. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 151911.
33. Gkourmpis, T. Phys. Rev. B 2012 (submitted).
34. Gkourmpis, T.; Mitchell, G. R. Macromolecules, 2011, 44, 3140-3148.
35. Gkourmpis, T.; Svanberg, C.; Kaliappan, S. K.; Schaffer, W.; Obadal, M.; Tranchida, D. Eur. Polym. J. 2013, 49, 1975-1983.
36. Gorrasi, J.; Sarno, M.; Di Bartolomeo, A.; Sannino, D.; Ciambelli, P.; Vittoria, V. J. Polym. Sci. B 2007, 45, 597-606.
37. Grossiord, N.; Loos, J.; Laake, L. V.; Maugey, M.; Zakri, C.; Koning, C. E.; Hart, A. J. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 3226-3234.
38. Grunlan, J. C.; Mehrabi, A. R.; Bannon, M. V.; Bahr, J. L. Adv. Mater. 2004, 16, 150-153.
39. Guo, S. Z.; Zhang, C.; Wang, W. Z.; Liu, T. X.; Tjiu, W. C.; He, C. B. Polym. Compos. 2008, 16, 501-507.
40. Haghighatpanah, S.; Bolton, K., Phys. Rev. B 2012 (in print).
41. Halperin, B. I.; Feng, S.; Pen, P. N. Phys. Rev. Lett. 1985, 54, 2391-2394.
42. He, F.; Fan, J.; Lau, S.; Chan, L. H. J. Appl. Polym. Sci. 2011, 119, 1166-1175.
43. He, H.; Zhang, Y.; Gao, C.; Wu, J. Chem. Commun. 2009, 1655-1657.
44. Herd, C. R.; McDonald, G. C.; Hess, W. M. Rubber Chem. Technol., 1991, 65, 107-129.
45. Hohenberg, P. C. Phys. Rev. B 1967, 158, 383-386.
46. Holt, J. K.; Park, H. G.; Wang, Y.; Staderman, M.; Artyukhin, A. B.; Grigoropoulos, C. P.; Noy, A.; Bakajin, O. Science, 2006, 312, 1034-1037.
47. Hone, J.; Liaguno, M. C.; Nemes, N. M.; Johnson, A. T.; Fisher, J. E.; Walters, D. A.; Casavant, M. J.; Schmidt, J.; Smalley, R. E. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 666-668.
48. Huang, Y. Y.; Terentjev, E. M. Polymers, 2012, 4, 275-295.
49. Hule, R. A.; Pochan, D. J. MRS Bulletin, 2007, 32, 354-358.
50. Huxtable, S. T.; Cahill, D. G.; Shenogin, S.; Xue, L.; Ozisik, R.; Barone, P.; Usrey, M.; Strano, M. S.; Siddons, G.; Shim, M.; Keblinski, P. Nature Mater. 2003, 2, 731-734.
51. Iijima, S. Nature, 1991, 354, 56-58.
52. ISO 1133: 1997.
53. Jang, J. Y.; Kim, M. S.; Jeong, H. M.; Shin, C. M. Compos. Sci. Technol. 2009, 69, 186-191.
54. Ju, Y. S. Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 153106.
55. Kalaitzidou, K. Fukushima, H.; Askeland, P.; Drzal, L. T. J. Mater. Sci. 2008, 43, 2895-2907.
56. Kalaitzidou, K. Fukushima, H.; Drzal, L. T. Compos. Sci. Technol. 2007, 67, 2045-2051.
57. Kalaitzidou, K.; Fukushima, H.; Drzal, L. T. Carbon, 2007, 45, 1446-1452 (a).
58. Karatrantos, A.; Composto, R. J.; Winey, K. I.; Kröger, M.; Clarke, N. Macromolecules, 2012, 45, 7224-7281.
59. Kasaliwal, G. R.; Pötschke, P.; Göldel, A.; Heinrich, G. Polymer, 2011, 52, 1027-1036.
60. Kelly, B. T. Carbon, 1972, 10, 429-433.
61. Kim, H. M.; Kim, K.; Lee, C. Y.; Woo, J.; Cho, S. J.; Yoon, H. S. Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 589.
62. Kim, H. Macosko, C. W. Macromolecules, 2008, 41, 3317-3327.
63. Kim, H. Macosko, C. W. Polymer, 2009, 50, 3797-3809 (a).
64. Kim, H.; Abdala, A. A.; Macosko, C. W. Macromolecules, 2010, 43, 6515-6922 (a).
65. Kim, H.; Miura, Y.; Macosko, C. W.; Chem. Mater. 2010, 22, 3441-3450 (b).
66. Kim, S.; Do, I.; Drzal, L. T. Macromol. Mater. Eng. 2009, 294, 196-205 (b).
67. Kirkpatrick, S. Rev. Mod. Phys. 1973, 45, 574-588.
68. Kong, J.; Franklin, N. R.; Zhou, C.; Chapline, M. G.; Peng, S.; Kyeongjae, C. D. H. Science, 2000, 28, 622-625.
69. Krause, B. Boldt, R.; Pötschke, P. Carbon, 2011, 49, 1243-1247.
70. Krishnamoorti, R.; Giannelis, E. P. Macromolecules, 1997, 30, 4097-4102.
71. Kroto, H. W.; Heath, J. R.; O’Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. Nature, 1985, 318, 162-163.
72. Kuhner, G.; Voll, M., Manufacture of Carbon Black in Carbon Black Second Edition, Eds. Donnet, J-B.; Bansal, R. C.; Wang, M. J.; Taylor and Francis, London 1993.
73. Kuilla, T.; Bhadra, S.; Yao, D.; Kim, N. H.; Bose, S.; Lee, J. H. Prog. Polym. Sci., 2010, 35, 1350-1375.
74. Kusner, I.; Srebnik, S. Chem. Phys. Lett. 2006, 430, 84-88.
75. Lape, N. K.; Nuxoll, E. E.; Cussler, E. L. J. Membr. Sci. 2004, 236, 29-37.
76. Lee, C.; Wei, X.; Kysar, J. W.; Hone, J. Science, 2008, 321, 385-388.
77. Lee, W. D.; Im, S. S. J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. 2007, 45, 28-40.
78. Leroux, F.; Besse, J. P. Chem. Mater. 2001, 13, 3507-3515.
79. Li, J.; Kim, J-K. Compos. Sci. Technol. 2007, 67, 2114-2120.
80. Li, L.; Li, B.; Hood, M. A.; Li, C. Y. Polymer, 2009, 50, 953-965.
81. Liang, J.; Huang, Y.; Zhang, L.; Wang, Y.; Ma, Y.; Guo, T.; Chen, Y. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 2297-2302 (b).
82. Liang, J.; Wang, Y.; Huang, Y.; Ma, Y.; Liu, Z.; Cai. J.; Zhang, C.; Gao, H.; Chen, Y. Carbon, 2009, 47, 922-925.
83. Liang, J.; Xu, Y.; Huang, Y.; Zhang, L.; Wang, Y.; Ma, Y.; Li, F.; Guo, T.; Chen, Y. J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 9921-9927.
84. Lim, S. Y.; Sahimi, M.; Tsotsis, T. T.; Kim, N. Phys. Rev. E 2007, 76, 011810-011825.
85. Lin, Y-M.; Dimitrakopoulos, C.; Jenkins, K. A.; Farmer, D. B.; Chiu, H-Y.; Grill, A.; Avouris, P. Science, 2010, 327, 662.
86. Lin, Y-M.; Valdes-Garcia, A.; Han, S-J.; Farmer, D. B.; Meric, I.; Sun, Y.; Wu, Y.; Dimitrakopoulos, C.; Grill, A.; Avouris, P.; Jenkins, K. A. Science, 2011, 332, 1294-1297.
87. Litchfield, D. W.; Baird, D. G. Rheol. Rev. 2006, 1-60.
88. Liu, J.; Xue, Y.; Zhang, M.; Dai, L. MRS Bulletin, 2012, 37, 1265-1272.
89. Liu, N.; Luo, F.; Wu, H.; Liu, Y.; Zhang, C.; Chen, J. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 1518-1525.
90. Lu, C.; Mai, Y-W. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 088303.
91. Lu, F.; Gu, L.; Meziani, M. J.; Wang, X.; P. G.; Luo, P. G.; Veca, L. M.; L.; Cao, L.; Sun, Y. Adv. Mater. 2009, 21, 139-152.
92. Lux, F. J. Mater. Sci., 1993, 28, 285-301.
93. Manias, E, Nature Mater., 2007, 6, 9-11.
94. Meyer, J. C.; Geim, A. K.; Katsnelson, M. I.; Novoselov, K. S.; Booth, T. J.; Roth, S. Nature, 2007, 466, 60-63.
95. Mickelson, E. T.; Huffman, C. B.; Rinzler, A. G.; Smalley, R. E.; Hauge, R. H.; Marfrave, J. L. Chem. Phys. Lett., 1998, 296, 188-194.
96. Mierczynska, A.; L’Hermite, M.; Boiteux, G.; Jeszja, J. K. J. Appl. Polym. Sci. 2007, 105, 158-168.
97. Minoia, A.; Chen, L.; Beljonne, D.; Lazzaroni, R. Polymer, 2012, 53, 5480-5490.
98. Mohamadi, S.; Sharifi-Sanjani, N. Polym. Comp. 2011, 32, 1451-1460.
99. Moniruzzaman, M.; Winey, K. I. Macromolecules, 2006, 39, 5194-5205.
100. Mu, M.; Winey, K. I. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 17923-17927.
101. Munson-McGee, S. H. Phys. Rev. B 1991, 43, 3331-3336.
102. Nelson, J. B.; Riley, D. P. Proc. Phys. Soc. London, 1945, 57, 477.
103. Nikla, D. L.; Pokatilov, E. P.; Askerov, A. S.; Balandin, A. A. Phys. Rev. B 2009, 79, 155413.
104. Nobel committee announcement, The Nobel Prize in Physics 2010-29 Oct 2012 URL: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/.
105. Pang, H.; Zhong, G.; Xu, J.; Yan, D-X.; Ji, X.; Li, Z-M.; Chen, C. Chin. J. Polym. Sci. 2012, 30, 879-892.
106. Park, H.; Afzali, A.; Han, S-J.; Tulevski, G. S.; Franklin, A. D.; Tersoff, J.; Hannon, J. B.; Haensh, W. Nature Nanotech. 2012, 12, 787-791.
107. Paul, D. R.; Robeson, L. M. Polymer, 2008, 49, 3187-3204.
108. Pötschke, P.; Abdel-Goad, M.; Alig, I.; Dudkin, S.; Lellinger, D. Polymer, 2004, 45, 8863-8870.
109. Pötschke, P.; Bhattacharyya, A. R.; Janke, A.; Goering, H. Compos. Interf. 2003, 45, 8863-8870 (b).
110. Pötschke, P.; Dudkin, S. M.; Alig, I. Polymer, 2003, 44, 5023-5030 (a).
111. Potts, J. R.; Dreyer, D. R.; Bielawski, C. W.; Ruoff, R. S. Polymer, 2011, 52, 5-25.
112. Probst, O.; Moore, E. M.; Reasco, D. E.; Grady, B. P. Polymer, 2004, 4437-4443.
113. Rahman, A.; Ali, I.; Zahrani, S. M. A. Nano, 2011, 6, 185-203.
114. Ramanathan, T.; Abdala, A. A. Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Herrera-Alonso, M.; Piner, R. D.; Adamson, D. H.; Schniepp, H. C.; Chen, X.; Ruoff, R. S.; Nguyen, S. T.; Aksay, I. A.; Prud’Homme, R. K.; Brinson, L. C. Nature Nanotechnol. 2008, 3, 327-331.
115. Ramanathan, T.; Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Liu, H.; Shen, H.; Nguyen, S. T. J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2007, 45, 2097-2112.
116. Ramasubramaniam, R.; Chen, J.; Liu, H. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 2928-2930.
117. Ray, S. S.; Okamoto, M. Prog. Polym. Sci. 2003, 28, 1539-1641.
118. Rivin, D. Rubber Chem. Technol., 1971, 44, 307-343.
119. Ruoff, R. S.; Tersoff, J.; Lorents, D. C.; Subramoney, S.; Chan, B. Nature, 1993, 364, 514-516.
120. Sears, K.; Dumee, L.; Schutz, J.; She, M.; Huynh, C.; Hawkins, S.; Duke, M.; Gray, S. Materials, 2010, 3, 127-149.
121. Smajda, R.; Kukovecz, A.; Konya, Z.; Kiricsi, I. Carbon, 2007, 45, 1176-1184.
122. Spitalsky, Z.; Tasis, D.; Papagelis, K.; Galiotis, K. Prog. Polym. Sci., 2010, 35, 357-401.
123. Stalmann, G. MSc Dissertation, University of Gothenburg, 2012.
124. Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Dommett, G. H. B.; Kohlhaas, K. M.; Zimney, E. J.; Stach, E. A.; Piner, R. D.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. Nature, 2006, 442, 282-286 (a).
125. Stankovich, S.; Piner, R. D.; Chen, X.; Wu, N.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. J. Mater. Chem. 2006, 16, 155-158 (b).
126. Tallury, S. S.; Pasquinelli, M. A. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 4122-4129.
127. Vermant, J.; Ceccia, S.; Dolgovskij, M. K.; Maffettone, P. L.; Macosko, C. W. J. Rheol. 2007, 51, 429-450.
128. Vigolo, B.; Penicaud, A.; Coulon, C.; Sauder, C.; Pailler, R.; Journet, C.; Bernier, P.; Poulin, P. Science, 2000, 290, 1331-1334.
129. Vigolo, B.; Poulin, P.; Lucas, M.; Launois, P.; Bernier, P. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 1210-1212.
130. Villar-Rodil, S.; Paredes, J. I.; Martinez-Alonso, A. Tascon, J. M. D. J. Mater. Chem. 2009, 19, 3591-3593.
131. Vohrer, U.; Kolaric, I.; Haque, M. H.; Roth, S.; Detlaff-Weglikowska, U. Carbon, 2004, 42, 1159-1164.
132. Wang, L.; Duan, L-L. Comput. Theor. Chem. 2012, (in press).
133. Wang, W-P.; Pan, C-Y. Polym. Eng. Sci. 2004, 44, 2335-2339.
134. Wei, T.; Luo, G.; Fan, Z.; Zheng, C.; Yan, J.; Yao, C.; Li, W.; Zhang, C. Carbon, 2009, 47, 2296-2299.
135. Wolf, S.; Wang M-J.; In Carbon Black Reinforcement in Elastomers in Carbon Black Second Edition, Eds. Donnet, J-B.; Bansal, R. C.; Wang, M. J.; Taylor and Francis, London 1993.
136. Wu, H.; Drzal, L. T. Carbon, 2012, 50, 1135-1145.
137. Xi, Y.; Yamanaka, A;. Bin, Y.; Matsuo, M. J. Appl. Polym. Sci. 2007, 105, 2868-2876.
138. Xie, L.; Xu, F.; Qiu, F.; Lu, H.; Yang, Y. Macromolecules, 2007, 40, 3296-3305.
139. Xie, X-L.; Mai, Y-W.; Zhou, X-P. Mater. Sci. Eng. 2005, 49, 89-112.
140. Xu, J. Z.; Chen, T.; Wang, Y.; Tang, H.; Li, Z-M.; Hsiao, B. S. Macromolecules 2011, 44, 2808-2818.
141. Xu, J. Z.; Chen, T.; Yang, C. L.; Li, Z. M.; Mao, Y. M.; Zeng, B. Q.; Hsiao, B. S. Macromolecules 2010, 43, 5000-5008.
142. Xu, Y.; Hong, W.; Bai. H.; Li. C.; Sh, G. Carbon, 2009, 47, 3538-3543.
143. Yargi, Ö.; Ugur, S.; Pekcan, Ö. Polym. Eng. Sci. 2012, 52, 172-179.
144. Yu, A.; Ramesh, P.; Itkis, M. E.; Bekyarova, E.; Haddon, R. C. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 7565-7569.
145. Yu, A.; Ramesh, P.; Sun, X.; Bekyarova, E.; Itkis, M. E.; Haddon, R. C. Adv. Mater. 2008, 20, 4740-4744.
146. Yu, F-M.; Lourie, O.; Dyer, M. J.; Moloni, K.; Kelly, T. F.; Ruoff, R. S. Science, 2000, 287, 637-640.
147. Zhang, H-B.; Zheng, W-G.; Yan, Q.; Yang, Y.; Wang, J-W.; Lu, Z-H.; Ji, G-Y.; Yu, Z. Z. Polymer, 2010, 51, 1191-1196.
148. Zhao, X.; Zhang, Q.; Chen, D. Macromolecules 2010, 43, 2357-2363.
149. Zheng, W.; Lu, X.; Wong, S. C. J. Appl. Polym. Sci. 2004, 91, 2781-2788.
150. Zheng, W.; Wong, S. C. Compos. Sci. Technol. 2003, 63, 225-235.
151. Zhong, H.; Lukes, J. R. Phys. Rev. B 2006, 74, 125403/1-125403/10.