Nanocomposite microstructures with tunable mechanical and chemical properties

文献情報

出版日 2010-02-24
DOI 10.1039/C000304M
インパクトファクター 3.676
著者

Sameh Tawfick, Xiaopei Deng, A. John Hart, Joerg Lahann


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要旨

We report a two-step chemical vapor deposition (CVD) method for fabrication of hierarchical polymer-coated carbon nanotube (CNT) microstructures having tunable mechanical properties and accessible chemical functionality. Diverse geometries of vertically aligned CNTs were grown from lithographically patterned catalyst films, and the CNT microstructures were chemically functionalized via poly[4-trifluoroacetyl-p-xylylene-co-p-xylylene] made by chemical vapor deposition polymerization. The polymer coating conformally coated the individual CNTs and CNT bundles within the CNT “forest”. The chemical structure of the polymer films was verified by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Simple control of the mechanical properties of the nanocomposite structures can be achieved by adjusting the deposition times during CVD polymerization. Increasing the polymer film thickness from 10 nm to 27 nm resulted in a change of the Young's modulus from 65 to 80 MPa. These values are substantially higher than the 36 MPa measured for the as-grown CNTs without polymer coating. The effect of the polymer coating in reinforcing the connectivity among CNTs within the structures has been understood using an analytical model. Finally, chemical functionality of the CNT composite structures after CVD polymerization was verified by a 4-fold fluorescence enhancement after binding of a dye to the coated CNT microstructures. This technique can be adapted to a wide variety of reactive coatings and facilitates attachment of chemical groups and functional nanostructures on the surfaces of the CNTs; therefore, this material could serve as a tunable platform for coupling mechanical and chemical responses in materials for environmental and biological sensing.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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