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Functionalization and large scale assembly of carbon nanotubes

 
: Majumder, Anindya
: Cuniberti, Gianaurelio; Bock, Karlheinz; Opitz, Jörg

:
Fulltext (PDF; )

Dresden, 2016, 113 pp.
Dresden, TU, Diss., 2016
URN: urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-203279
English
Dissertation, Electronic Publication
Fraunhofer IKTS ()
carbon nanotubes; nanoparticles; Nanopartikel; Kohlenstoffnanoröhrchen; self assembly; large scale assembly; functionlization

Abstract
Assembly of nanoparticles provides effective building blocks for physical, chemical, and biological systems which have surprising collective, intrinsic physical properties. One-dimensional nanoparticles are one of the most spectacular and promising material for technological application in the field of nanotechnology. Single-walled carbon nanotubes represent an anisotropic and perfectly one-dimensional group of nanoparticles with extraordinary electronic, mechanical, chemical and thermal properties. Usually, such nanoparticles are dispersed in solution, and for any application it’s necessary to bring them on the surface in an organized way. However, to exploit its full potential and to ensure efficient scale-up, SA of such objects is absolutely essential. The aim of this work is to develop new strategies for alignment and SA of one-dimensional nanoparticles like carbon nanotubes using combination of different conventional techniques. This includes a functionalization study with new strategy for hybrid bio-functionalization of carbon nanotubes which could have potential application in drug delivery. Localization of nanoparticles at liquid-liquid interfaces by manipulating the particle surface energy is an upcoming area with great potential for research and opens a window to fabricate self assembled interfacial structured hybrid materials with unique properties. In this direction, a strategy for alignment of carbon nanotubes at interfaces using dielectrophoresis is also investigated. Finally, a newly unique strategy for large scale alignment of carbon nanotubes is presented combing dielectrophoresis and Langmuir Blodgett technique simultaneously during an assembly process.

 

Die Assemblierung von Nanopartikeln liefert effektive Bausteine für physikalische, chemische und biologische Systeme, welche erstaunliche kollektive und spezifische Eigenschaften aufweisen. Eindimensionale Nanopartikel sind mitunter die spektakulärsten und vielversprechendsten Materialien für technologische Anwendungen im Feld der Nanotechnologie. Einzelwand-Kohlenstoffnanoröhren stellen eine Gruppe von anisotropen und perfekt eindimensionalen Nanopartikeln mit außergewöhnlichen elektronischen, mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften dar. Im Allgemeinen befinden sich solche Nanopartikel in gelöster Form. Für alle Arten der Anwendung müssen diese notwendigerweise in organisierter Weise auf Oberflächen abgeschieden werden. Um ihr volles Potential auszuschöpfen und eine effiziente Hochskalierbarkeit zu erreichen ist eine Self Assembly solcher Objekte zwingend erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist es, neue Strategien für Ausrichtung und Self Assembly von eindimensionalen Nanopartikeln wie Kohlenstoffnanoröhren mit einer Kombination von konventionellen Techniken zu entwickeln. Dies beinhaltet eine Funktionalisierungsstudie mit neuer Strategie für hybrid-bio-Funktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhren, welche eine potentielle Anwendungsmöglichkeit in der Medikamentenverabreichung darstellt. Eine Anreicherung von Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzflächen mit Nanopartikeln durch Kontrolle der Partikel Oberflächenenergie ist ein aufkommendes Feld mit großem Potential für die Forschung, welche die Möglichkeit eröffnet, selbst-organisierte grenzflächenstrukturierte Hybridmaterialien mit einzigartigen Eigenschaften herzustellen. Anknüpfend hieran wird auch eine Strategie zur Ausrichtung von Kohlenstoffnanoröhren an Grenzflächen mittels Dielektrophorese untersucht. Letztlich wird eine neuentwickelte, einzigartige Strategie zur großflächigen Ausrichtung von Kohlenstoffnanoröhren vorgestellt, welche auf einer Kombination von Dielektrophorese und Langmuir-Blodgett-Technik durch gleichzeitige Anwendung im Anordnungsprozess beruht.

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CHAPTER 1: INTRODUCTION // CHAPTER 2: CARBON NANOTUBES / 2.1 Sp2 hybridization / 2.2 Synthesis / 2.3 Structure / 2.4 Electronic properties / 2.5 Carbon nanotube field effect transistor / 2.6 Dispersion of carbon nantoubes / 2.7 Functionalization of carbon nanotubes // CHAPTER 3: SELF ASSEMBLY AND ALIGNMENT OF CARBON NANOTUBES / 3.1 Self assembly / 3.2 Methods for alignment of carbon nanotubes / 3.3 Alignment Techniques / 3.4 Behavior of nanoparticles at interfaces / 3.5 Dependencies of aligned carbon nanotubes and possible applications / 3.6 Applications of aligned carbon nanotubes / 3.7 Challenges in alignment and orientation of carbon nanotubes // CHAPTER 4: MATERIALS AND METHODS / 4.1 Functionalization of CNTs / 4.2 Alignment techniques for Carbon nanotubes / 4.3 Characterization techniques // CHAPTER 5: RESULTS / 5.1 Hybrid bio-functionalization of carbon nanotubes / 5.2 Interface assembly of carbon nanotubes / 5.3 Large scale assembly of carbon nanotubes // CHAPTER 6: CONCLUSION AND OUTLOOK