Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Highly Conducting, Strong Nanocomposites Based on Nanocellulose-Assisted Aqueous Dispersions of Single-Wall Carbon Nanotubes
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknik.ORCID-id: 0000-0001-9088-1064
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Centra, Wallenberg Wood Science Center.ORCID-id: 0000-0003-0298-8553
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknik, Fiberteknologi. KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Centra, Wallenberg Wood Science Center.
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Mekanik.
Visa övriga samt affilieringar
2014 (Engelska)Ingår i: ACS Nano, ISSN 1936-0851, E-ISSN 1936-086X, Vol. 8, nr 3, s. 2467-2476Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

It is challenging to obtain high-quality dispersions of single-wall nanotubes (SWNTs) in composite matrix materials, in order to reach the full potential of mechanical and electronic properties. The most widely used matrix materials are polymers, and the route to achieving high quality dispersions of SWNT is mainly chemical functionalization of the SWNT. This leads to increased cost, a loss of strength and lower conductivity. In addition full potential of colloidal self-assembly cannot be fully exploited in a polymer matrix. This may limit the possibilities for assembly of highly ordered structural nanocomposites. Here we show that nanofibrillated cellulose (NFC) can act as an excellent aqueous dispersion agent for as-prepared SWNTs, making possible low-cost exfoliation and purification of SWNTs with dispersion limits exceeding 40 wt %. The NFC:SWNT dispersion may also offer a cheap and sustainable alternative for molecular self-assembly of advanced composites. We demonstrate semitransparent conductive films, aerogels and anisotropic microscale fibers with nanoscale composite structure. The NFC:SWNT nanopaper shows increased strength at 3 wt % SWNT, reaching a modulus of 133 GPa, and a strength of 307 MPa. The anisotropic microfiber composites have maximum conductivities above 200 S cm(-1) and current densities reaching 1400 A cm(-2).

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
2014. Vol. 8, nr 3, s. 2467-2476
Nyckelord [en]
nanocellulose, nanopaper, carbon nanotubes, dispersions, composites, conductivity, self-assembly
Nationell ämneskategori
Annan kemi
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-144950DOI: 10.1021/nn4060368ISI: 000333539400059Scopus ID: 2-s2.0-84896929193OAI: oai:DiVA.org:kth-144950DiVA, id: diva2:715448
Forskningsfinansiär
Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse
Anmärkning

QC 20140505

Tillgänglig från: 2014-05-05 Skapad: 2014-05-05 Senast uppdaterad: 2018-02-21Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Cellulose–Assisted Dispersion of Carbon Nanotubes: From Colloids to Composites
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Cellulose–Assisted Dispersion of Carbon Nanotubes: From Colloids to Composites
2018 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

It is a challenge to disperse nanoparticles to obtain a nanostructured composite. This thesis aims at providing a new route to fabricate carbon nanotube (CNT) composites and suggests mechanisms for nanocellulose–CNT interactions. This route is based on unmodified CNT dispersed in water with the help of nanocellulose. Chemical functionalization of the CNTs and the addition of surfactants are avoided. Thus, the mechanical and electrical properties of such nanotube composites can be improved.

Cellulose derivatives can disperse and stabilize carbon nanotubes in water. Nanocellulose particles, such as cellulose nanofibrils (CNF), are a new form of cellulose derivatives that are able to disperse and stabilize untreated carbon nanotubes in water. The utilization of the hybrid CNF–CNT dispersions are shown to lead to strong nanostructured composites with high nanotube content and conductivity. The mechanism behind the dispersive action of nanocellulose for nanotubes is explored and studied in detail. The dispersive ability of the nanocellulose leads to improved properties of CNF–CNT composites.

Apart from studies of structure and properties of composite fibers and films, two different functional materials are studied in detail. One is to form conductive patterns on cellulose nanopaper for the stable function of printed electronics in various environmental conditions and during handling. The second is to use a water-soluble cellulosic polymer–nanotube dispersion to fabricate superelastic aerogels without any chemical crosslinking or the addition of another component. This makes the aerogels easily recyclable (redispersible in water) and opens a new route for recyclable superelastic CNT composite aerogels.

Abstract [sv]

Det är en utmaning att dispergera nanopartiklar för nanostrukturerade kompositer. Avhandlingen beskriver en ny väg för att framställa kompositer från kolnanorör (CNT) och föreslår mekanismer för växelverkan mellan CNT och CNF. Den nya vägen baseras sig på dispergering av CNT i vatten med hjälp av CNF. CNT behöver inte modifieras kemiskt eller med ytaktiva ämnen. Mekaniska och elektriska egenskaper hos materialen kan därför förbättras.

Cellulsosaderivat kan dispergera och stabilisera CNT i vatten. Nanocellulosa är en ny typ av derivat, i form av fibriller eller nanokristaller, som kan dispergera och stabilisera icke modifierade CNT i vatten. Dispersioner av CNF-CNT används för att framställa starka nanokompositer med hög CNT-halt och hög elektrisk ledningsförmåga. Dispergerings-mekanismen studeras och förklaras från experimentella data. Den dispergerande förmågan hos CNF leder till förbättrade egenskaper hos CNF-CNT-kompositer.

Struktur-egenskaps relationer för fibrer och filmer rapporteras. Två typer av funktionella material studeras i detalj. Ett av materialen består av ledande mönster av CNF-CNT på substrat av nanocellulosa. Det andra exemplet är superelastiska aerogeler utan kemisk tvärbindning. Aerogelerna kan återvinnas och öppnar möjligheter för superelastiska aerogeler.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
KTH Royal Institute of Technology, 2018. s. 55
Serie
TRITA-CBH-FOU ; 2018:2
Nyckelord
Nanocelluloses, Carbon nanotubes, Composites, Colloids
Nationell ämneskategori
Kompositmaterial och -teknik Pappers-, massa- och fiberteknik Nanoteknik
Forskningsämne
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-223453 (URN)978-91-7729-685-0 (ISBN)
Disputation
2018-03-14, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 20180221

Tillgänglig från: 2018-02-21 Skapad: 2018-02-21 Senast uppdaterad: 2019-08-20Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Personposter BETA

Hamedi, Mahiar M.Wågberg, LarsBerglund, Lars A.

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Hamedi, Mahiar M.Hajian, AlirezaFall, Andreas B.Håkansson, KarlSalajkova, MichaelaLundell, FredrikWågberg, LarsBerglund, Lars A.
Av organisationen
Fiber- och polymerteknikWallenberg Wood Science CenterFiberteknologiMekanikBiokompositer
I samma tidskrift
ACS Nano
Annan kemi

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 1805 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf