Functional materials based on Carbon Nanotubes [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Adrian Jung

Informations

• Publié par: friedrich-alexander-universitat_erlangen-nurnberg
• Publié le: 01 janvier 2007
• Nombre de lectures: 23
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 11 Mo

Extrait

Functional Materials
based on
Carbon Nanotubes
Den Naturwissenschaftlichen Fakultäten
der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
zur
Erlangung des Doktorgrades
vorgelegt von
Adrian Jung
aus Flörsheim (Main)Als Dissertation genehmigt von den Naturwissenschaftlichen Fakultäten der
Universität Erlangen-Nürnberg.
Tag der mündlichen Prüfung: 20.07.2007
Vorsitzender der Promotionskommission: Prof. Dr. Eberhard Bänsch
Erstberichterstatter: Prof. Dr. Andreas Hirsch
Zweitberichterstatter: Prof. Dr. Lothar LeyDie hier vorliegende Arbeit entstand in der Zeit von Oktober 2003 bis März 2007 am
InstitutfürOrganischeChemiederFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
sowie am Zentralinstitut für Neue Materialien und Prozesstechnik (ZMP) in Fürth.Ihave alwaysbelieved, and Istillbelieve,that whatever good or bad fortune may come
our way, we can always give it meaning and transform it into something of value.
Hermann HesseIndex of Abbreviations
AFM Atomic Force Microscopy
AmSA Aminosulfonic Acid
CNT Carbon Nanotube
CVD Chemical Vapor Deposition
DCC Dicyclohexylcarbodiimide
DCE 1,2-Dichloroethane
DMAc N,N’-Dimethylacetamide
DMF N,N’-Dimethylformamide
DMSO Dimethylsulfoxide
DOS Densityof States
EA Elemental Analysis
EI Electron Impact
FAB FastAtom Bombardment
FB-28 Fluorescent Brightener 28
FT Fourier-Transformation
HMDA Hexamethylenediamine
IR Infrared
LDS Lithium dodecylsulfate
MWCNT Multi Walled Carbon Nanotube
NMR Nuclear Magnetic Resonance
ODCB ortho-Dichlorobenzene
PAN Polyacrylonitrile
PDDA Poly(diallyldiammonium)chloride
ppm parts per million
PTFE Polytetrafluoroethylene
PVDF Poly(vinylidene fluoride)
VIRBM Radial Breathing Mode
rt room temperature
STM Scanning Tunneling Microscopy
SWCNT Single Walled Carbon Nanotube
TEM Transmission Electron Microscopy
TGA Thermal Gravimetric Analysis
THF Tetrahydrofurane
UHV Ultra High Vacuum
UV/Vis/nIR Ultraviolet/Visible/nearInfrared
VHS Van HoveSingularity
XPS X-Ray Photoelectron Spectroscopy
δ chemical shift
λ wavelength
VIITable of Contents
1 Introduction 1
1.1 Structure of Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Properties ofCarbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Production of Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Purification of Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5 Functionalization of Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.6 Characterization of Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.6.1 Microscopic Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.6.2 Spectroscopic Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2 Proposal 42
3 Results 44
3.1 Purification of Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2 Quantitative Determination of OxidativeDefects . . . . . . . . . . . . . . 61
3.2.1 Calculation of Atomic Partial Charges in Functional Groups . . . 64
3.2.2 Experimental Verification of Calulated Shifts . . . . . . . . . . . . 65
3.2.3 InvestigationofSWCNT-ReactionsusinganImprovedPeakArea
Correlation Technique (imPACT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.3 Urea-Melt Solubilization ofSingle-Walled Carbon Nanotubes . . . . . . 79
3.3.1 Thermal Decomposition of Urea . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.3.2 The Urea-Melt Process withSWCNTs . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.3 Analysis of Functional Groups Produced by the UMP. . . . . . . 91
3.3.4 Modified Urea-Melt Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.4 Carbon Nanotube Polymer Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
VIIITable of Contents
3.4.1 MWCNT-reinforced Poly-(vinylidene fluoride) (PVDF) . . . . . . . 98
3.4.2 CNT-reinforced epoxy resins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.5 Functionalized SWCNTs as Carriers for the Efficient Knock-Down of
Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.5.1 RNA Interference (RNAi) for Loss-of-Gene Applications . . . . . 111
3.5.2 Verification of the Presence of SWCNTs Inside Living Cells . . . 115
3.5.3 Gene Silencing Potential and Cytotoxicity of siRNA/SWCNT
Derivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4 Summary 126
4 Zusammenfassung 132
5 Experimental Part 140
5.1 Instruments and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.2 Chemicals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.3 Experimental Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6 References 205
7 Compounds 218
IX