A Holistic Approach to Evaluate EMI Shielding Characteristics of Carbon Nanotube-based Polymer Composites
这项工作提出了一个全面的方法来确定屏蔽效能（SE）的单壁碳纳米管（SWCNTs）/聚合物纳米复合材料。在这里，采用基于蚁群优化（ACO）的算法来确定这些纳米复合材料的电导率（σ）作为SWCNT浓度的函数。然后，使用这些σ值计算作为频率和浓度函数的SE值。具体而言，一个伪三维（3D）渗流模型被开发来研究单壁碳纳米管的随机连接到另一个上的纳米复合材料的σ值的影响。本征电阻和隧穿电阻都被考虑在内。研究了具有不同长度的不均匀分布的剥离良好和聚集的SWCNT两者的存在对σ和SE值的影响。
2017-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interfacial Thermal Transport and Electrical Performance of Supercapacitors with Graphene/Carbon Nanotube Composite Electrodes
本研究采用恒电势和恒电荷分子动力学模拟，分析了石墨烯/碳纳米管复合电极的界面热传输与电学性能，发现水平堆叠的多层 CNT 排列为最优电极结构，为高效超级电容器设计提供了指导。
2023-11-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Damage-tolerant, laminated structural supercapacitor composites enabled by integration of carbon nanotube fibres
结合能量储存能力和结构机械性能的多功能材料的自然实施例是层状结构，类似于层压结构复合材料和电化学能量储存装置。一种具有集成双电层电容存储的结构复合材料，通过树脂灌注叠层来生产，所述叠层包括用作机械增强的织造玻璃织物、用作电极/集电器的碳纳米管非织造织物和聚合物电解质。能量存储层图案化有孔，其在集成之后形成用于层之间的机械互连的树脂塞，类似于铆钉。有限元建模用于优化铆钉形状和面密度对层间剪切性能的影响。在三点弯曲过程中的恒电流充电放电测试表明，在3.5 V下的大挠度或重复加载/卸载循环后，性能没有退化。这种机械公差是消除金属集电器和多功能材料的有效集成的结果，如通过电子显微镜和X射线计算机断层成像观察到的。相比之下，具有金属集电器的对照样品，类似于嵌入式装置，在反复弯曲时迅速降解。
2020-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fast Spiking of a Mott VO2-Carbon Nanotube Composite Device
最近，人们对大脑启发的计算和节能电子产品的兴趣激增，极大地推动了使用神经元样尖峰信号的计算和通信的发展。能够产生快速和节能尖峰的设备可以显着推进这些应用。在这里，我们展示了直流电流或电压驱动的周期性尖峰与子-20 ns的脉冲宽度从一个单一的设备组成的一个薄的VO 2膜与金属碳纳米管作为纳米级加热器。与仅含VO 2的器件相比，添加纳米管加热器显著降低了瞬态持续时间和脉冲能量，并增加了尖峰频率，最多可达三个数量级。这是由于VO 2在其绝缘体-金属过渡期间的加热和冷却被局部化到否则体介质中的纳米级传导通道引起的。这一结果提供了一个重要的组成部分，能源效率的神经形态计算系统，和光刻免费的技术，通过批量机制操作的电子设备的功率缩放。
2019-03-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
An electrospun Polymer Composite with Fullerene-Multiwalled Carbon Nanotube Exohedral Complexes can act as Memory Device
在这项工作中，一种新型的静电纺丝导电聚合物纳米复合材料制成的聚己内酯与外消旋复合物制成的多壁碳纳米管和富勒烯C60的制备和表征。制备是简单的，复合物自组装内的纳米复合纤维。该纳米复合材料表现出电开关行为，由于电荷积累的富勒烯C60在电刺激。采用静电纺丝法制备了一次写入多次读取的存储器件。富勒烯C60到叉指共面电极上。该器件保持ON状态超过60天，并且可以通过随后的电和热循环进行热重置、重新编程和擦除。此外，该器件的电阻可以通过施加不同的编程电压幅度和编程时间来调制，这揭示了其自适应行为和潜在的神经形态系统的应用。
2020-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Probing the carrier dynamics of polymer composites with single and hybrid carbon nanotube fillers for improved thermoelectric performance
碳纳米管（CNT）在聚合物基质中的掺入为先进热电（TE）复合材料的开发提供了一个很好的平台。多年来，已经研究了几种CNT/聚合物复合材料配方，以最大限度地提高TE性能。同时，一些研究集中在CNT本身内的带电激子的衰减动力学和由此衍生的结构，旨在研究自由载流子的寿命和相应的复合过程。后一种物理现象在各种类型的能量转换和清除材料的性能中起着至关重要的作用。然而，到目前为止，还没有系统的研究组合的TE参数和关键的载流子动力学CNT内含有TE聚合物复合材料。在此，通过小规模熔融混合制备了基于聚碳酸酯（PC）和聚醚醚酮（PEEK）聚合物基体的具有单一和混杂CNT填料的各种复合材料。在相同的负载量下，与使用混合填料系统相比，在PC中添加单一填料导致更高的塞贝克系数和相似的电导率。相比之下，在PEEK复合材料中使用混合填料系统，可以达到比单一填料复合材料更高的功率因数。此外，利用超快激光时间分辨瞬态吸收光谱（TAS）研究了PC基复合材料的激子寿命和TE薄膜中自由载流子输运的物理起源。这项研究的结果揭示了有趣的TE参数和获得的载流子动力学之间的联系。
2022-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interlaminar toughening in structural carbon fiber/epoxy composites interleaved with carbon nanotube veils
分层敏感性是纤维增强聚合物复合材料（FRP）的主要问题之一。这项工作证明了60%的改进后，模式I断裂韧性集成薄（~30微米），连续面纱的碳纳米管（CNT）直接沉积到碳纤维织物作为CNT从气相中使用半工业过程绘制。光学成像，扫描电子显微镜和拉曼光谱的组合提供了一种新的快速工具，通过简单的目视检查断裂表面明确地确定裂纹扩展路径。结果表明，CNT面纱/CF界面之间的层间交叉是至关重要的。裂纹前缘交替地在CNT增韧的中间层上方和下方传播，显著地提高了所得层合物的断裂韧性。这种机制受到用于将面纱整合到CF上的方法的强烈影响。直接沉积在织物上的CNT面纱作为低密度层导致层间性能的大幅改善，而在其集成在铺叠之前通过溶剂暴露致密化的致密CNT面纱作为缺陷。
2019-07-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Controlled Doping of Double Walled Carbon Nanotubes and Conducting Polymers in a Composite: An in situ Raman Spectroelectrochemical Study
采用原位拉曼光谱电化学研究了双壁碳纳米管（DWCNTs）与导电聚合物聚（3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐）（PEDOT/PSS）的相互作用。DWCNTs与PEDOT/PSS的混合引起DWCNTs外管的部分掺杂，这由DWCNTs特征的拉曼强度的相对变化指示。另一方面，对应于DWCNTs的内管和聚合物的带几乎未被组装成复合材料的两个物种。原位拉曼光谱电化学实验表明，嵌入PEDOT/PSS基体中的DWCNTs内管电子结构的变化与掺杂水平有关。而在低掺杂水平的复合材料，内管的DWCNTs的拉曼特征没有显着变化，在高掺杂水平，他们反映了所施加的电化学电位所引起的变化类似于在无聚合物DWCNTs中观察到的。
2021-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanical properties of carbon nanotube reinforced polymer nanocomposites: A coarse-grained model
在这项工作中，一个粗粒（CG）模型的碳纳米管（CNT）增强聚合物基复合材料的发展。CG模型的一个显着特点是能够捕获聚合物链和纳米管之间的相互作用。利用CG模型和全原子系统之间的应变能守恒，对纳米管和聚合物链的CG势进行了标定。CG模型在预测碳纳米管/聚合物复合材料的弹性性能的适用性和效率进行了评估，通过验证过程与分子模拟。模拟结果表明，CG模型是能够估计的纳米复合材料的力学性能与高精度和低的计算成本。研究了碳纳米管增强体的体积分数对纳米复合材料杨氏模量的影响。随机分布的碳纳米管增强体的大型单元电池的建模方法的应用进行检查。所建立的CG模型将使增强聚合物基复合材料的模拟跨越从纳米到介观尺度的广泛的长度尺度。
2017-04-11 cond-mat.soft physics.app-ph
Laser patterned polymer/nanotube composite electrodes for nanowire transistors on flexible substrates
诸如激光图案化的制造技术为低成本和大面积器件制造提供了极好的潜力。导电聚合物可用于取代昂贵的金属油墨，如银和金纳米颗粒用于印刷技术。通过与碳纳米管共混可以改善聚合物的导电性。在这项工作中，酸官能化多壁碳纳米管（f-MWCNT）和聚（乙烯二氧噻吩）[PEDOT]：聚苯乙烯磺酸盐[PSS]的配方进行处理，并在塑料基板上制备薄膜。PEDOT：PSS的电导率在加入f-MWCNT后增加了近四个数量级。PEDOT：PSS/f-MWCNT膜的功函数比纯PEDOT：PSS膜的功函数高约0.5eV，通过开尔文探针法测定。在PET塑料基底上制备场效应晶体管源-漏电极，其中使用44 mJ/脉冲能量的激光烧蚀将PEDOT：PSS/f-MWCNT图案化以限定36微米的电极间隔。使用介电泳对准技术沉积硅纳米线以桥接PEDOT：PSS/f-MWCNT激光图案化电极。最后，通过沉积聚对二甲苯C作为聚合物栅极电介质和金作为顶栅电极来完成顶栅纳米线场效应晶体管。晶体管特性显示出p型导电，具有优异的栅电极耦合，通/断比为~ 200。因此，我们证明了使用高功函数、可印刷的PEDOT：PSS/MWCNT复合油墨来图案化柔性基板上的纳米线晶体管的源极/漏极电极的可行性。
2017-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The mechanical and electrochemical properties of polyaniline-coated carbon nanotube mat
碳纳米管-聚苯胺（CNT-PANI）复合电极的电容，模量和强度的测量使他们成为有前途的候选人的结构储能装置。在这里，CNT-PANI复合电极是通过将PANI电沉积到通过浮动催化剂化学气相沉积工艺产生的CNT垫的束网络上来制造的。PANI占电极体积的0%至30%。在初始状态、第一次充电后和1000次充电/放电循环后测量电极的组成、模量、强度和电容。电极模量和强度随着CNT体积分数的增加而增加;相反，电容随着PANI质量的增加而增加。充电或循环降低电极模量和强度，由于膨胀引起的CNT束体积分数的降低;电极电容也由于PANI质量的降低而降低。微机械模型能够基于预充电和循环后电极的测量组成来预测预充电和循环电极的应力-应变响应。电极具有高达63%的理论电容，其拉伸强度与工程合金相当。在1000次充电/放电循环后，它们的电容和强度下降小于15%。这些特性说明了它们作为结构储能装置的潜力。
2021-06-16 physics.app-ph
Three-Dimensional Continuous Multi-Walled Carbon Nanotubes Network-Toughened Diamond Composite
本研究提出外在增韧策略，通过构建三维连续多壁碳纳米管网络异质结构，在保持金刚石高硬度的同时，将断裂韧性提升至合成金刚石的六倍，为超硬材料增韧提供新范式。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
ReaxFF reactive force field study of polymerization of polymer matrix in carbon nanotube-composite system
载人火星运输和深空探索需要开发具有极高性能质量比的新材料。满足这些要求的有希望的候选材料是高强度轻质（UHSL）材料，它由原始碳纳米管（CNT）强化的聚合物基质组成。先前的研究表明，随着CNT直径的增加，其优选的构型从圆形形式变为可以在高压或张力条件下获得的扁平形状。ReaxFF反应力场可以揭示原子尺度上的详细化学相互作用。为了能够在CNT/聚合物界面上进行ReaxFF模拟，我们训练了力场参数以捕获扁平碳纳米管（flCNT）的适当结构，即哑铃状CNT，而可用的聚合物一致力场-界面力场（PCFF-IFF）数据与密度泛函理论（DFT）数据具有良好的接近性。在这项研究中，我们使用加速ReaxFF分子动力学模拟使用优化力场研究双酚F（Bis F）和二乙基甲苯二胺（DEDTA）分子在圆形和扁平的碳纳米管附近的聚合。我们的研究结果表明，由于较高的结合能，与弯曲区域相比，flCNT的平坦区域是聚合物沉降的更有利的点。此外，与圆形CNT相比，在flCNT周围更高的二聚体生成导致CNT的更有效的涂覆，这导致更高的负载转移。根据我们的研究结果，聚合物和CNT表面之间存在高度对准，这是由于聚合物和CNT中的芳族碳环的强π-π相互作用。这些ReaxFF模拟表明该方法能够同时观察单体的聚合以及它们与CNT的相互作用。
2020-04-10 physics.app-ph physics.chem-ph
A Perspective on High-performance CNT fibres for Structural Composites
本文综述了碳纳米管纤维结构复合材料的研究进展。它首先分析了它们向细长和对齐的结晶域的宏观集合的发展，以及传统高性能纤维结构的演变。有关拉伸性能的文献表明，有两种新兴的等级：从液晶溶液中纺出的高度对齐的纤维，具有高模量和强度，以及从超长纳米管的气凝胶中纺出的纤维，结合了高强度和断裂能。目前，制造具有与纤维相似性质的大型单向织物是一个挑战，其中CNT对齐仍然是一个关键因素。一种有前途的方法是直接从气凝胶长丝生产织物，而不必致密化和处理单个CNT纤维。然而，CNT纤维的结构复合材料在相对小的样品上已经达到了高的纵向性能。在一般情况下，有必要证明使用标准的制造路线制造大型CNT纤维层压复合材料，并研究拉伸和压缩的纵向和横向机械性能。开发的补充领域是CNT织物夹层的层间增强，以及具有能量存储或收集功能的多功能结构复合材料。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Review on Modeling of Mechanical and Thermal Properties of Nano- and Micro-Composites
本文讨论了用几种细观力学模型预测纤维增强复合材料的热机械性能。这些方法包括材料强度方法、Halpin-Tsai方程、多相材料力学方法、多相Mori-Tanaka模型、复合材料圆柱体模型、Voigt-Reuss模型、修正的混合规则、Cox模型、有效介质方法和单元法。几个复合材料系统增强短和长，对齐，随机和波浪形增强被认为是。此外，不同的方面，如纤维-基体界面，纤维-基体界面热阻，纤维的几何形状，和多种类型的增强被认为是模拟复合材料系统。目前的研究还提出了一些重要的初步概念和应用开发的细观力学模型，先进的纳米复合材料，如碳纳米管增强复合材料。目前的工作的主要贡献是几个分析的微观力学模型的调查，而大多数现有的研究对这个问题的处理只有一个或两个方法考虑几个方面。
2017-08-02 physics.app-ph
Machine learning and high-throughput robust design of P3HT-CNT composite thin films for high electrical conductivity
将高通量实验与机器学习相结合，可以快速优化参数空间以实现目标属性。在这项研究中，我们证明了机器学习与多标签数据集相结合，可以用于科学理解和假设检验。我们介绍了一个自动化的流动系统，高通量滴铸薄膜制备，然后快速表征的光学和电学性能，有能力完成一个周期的学习完全标记的~160个样品在一天。我们将区域规则的聚-3-己基噻吩与各种碳纳米管结合，以实现高达1200 S/cm的电导率。有趣的是，当10%的双壁碳纳米管与长的单壁碳纳米管一起添加时，出现了非直观的局部最优值，其中电导率被认为高达700 S/cm，我们随后用高保真光学表征解释了这一点。采用数据集reservation策略和基于图形的回归，使我们能够考虑相关的多个输出的实验成本和不确定性估计，并支持证明的假设连接电荷离域电导率。因此，我们提出了一个强大的机器学习驱动的高通量实验方案，可用于优化和理解复合材料或混合有机-无机材料的性能。
2020-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Sensor properties of Pd doped SnO2 nanofiber enshrouded with functionalized MWCNT
在这项工作中，氧化锡（SnO 2）/多壁碳纳米管（MWCNT）复合材料为基础的乙醇传感器，具有快速响应/恢复行为，大的灵敏度，和良好的选择性被证明。首先，采用静电纺丝技术在叉指电极（IDE）上制备了Pd掺杂的SnO 2（SnO 2-Pd）纳米纤维，然后在600 ℃下煅烧2 h。然后，将羧酸改性的多壁碳纳米管（MWCNT-COOH）滴加到纳米纤维上并在室温下干燥。接下来，通过场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）对薄膜进行表征。最后，分析了传感器对乙醇（ETH）、甲苯（TOL）、三氯乙烯（TCE）、丙酮（ACE）和二元混合物的化学传感行为。结果表明，提高温度和气体浓度，导致增加的传感器响应的SnO 2-Pd双金属系统。而MWCNT-COOH包覆的SnO 2-Pd/SnO 2复合体系中，没有发现一般规律。为该复合结构提供了一种新的传感机理。
2019-06-07 physics.app-ph
Polystyrene-based nanocomposites with different fillers: fabrication and mechanical properties
本文提出了一个全面的分析，聚苯乙烯基纳米复合材料的弹性性能填充不同类型的夹杂物：小球形颗粒（SiO2和Al 2 O3），铝硅酸盐（蒙脱石，埃洛石天然小管和云母）和碳纳米填料（炭黑和多壁碳纳米管）。复合材料是通过熔融技术制备的。复合材料熔体的分析表明，引入蒙脱土，多壁碳纳米管，和氧化铝颗粒提供了熔体粘度的增加，平均2至5个数量级的纯聚苯乙烯。制备了不同填料含量的复合材料块体试样，研究了其线性和非线性弹性性能。更刚性的颗粒的引入导致复合材料的弹性模量的更深刻的增加，用碳填料获得的最高增加约80%。炭黑颗粒还提供比纯聚苯乙烯高约20%的增强的断裂强度。复合材料的非线性弹性模量被证明是更敏感的填料颗粒添加到聚合物基体比线性的。包含材料的线性和非线性弹性模量的组合的非线性系数$β$表现出与杨氏模量的变化相关的相当大的变化。与纯PS相比，含CB和HNT的复合材料中的$β$的绝对值显示出1.5-1.6倍的增加。所制造的复合材料的非线性弹性的变化进行了比较，在他们的体积非线性应变波的参数的测量。波速和衰减量的变化与所观察到的材料非线性增强相关。
2020-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
