Breaking the electrical barrier between copper and carbon nanotubes

材料科学 碳纳米管 碳纤维 纳米技术 化学工程 冶金 复合材料 工程类 复合数
作者
Karolina Z. Milowska,Mahdi Ghorbani‐Asl,Marek Burda,Lidia Wolanicka,Nordin Ćatić,Paul D. Bristowe,Krzysztof Kozioł
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:9 (24): 8458-8469 被引量:57
标识
DOI:10.1039/c7nr02142a
摘要

Improving the interface between copper and carbon nanotubes (CNTs) offers a straightforward strategy for the effective manufacturing and utilisation of Cu–CNT composite material that could be used in various industries including microelectronics, aerospace and transportation. Motivated by a combination of structural and electrical measurements on Cu–M–CNT bimetal systems (M = Ni, Cr) we show, using first principles calculations, that the conductance of this composite can exceed that of a pure Cu–CNT system and that the current density can even reach 1011 A cm−2. The results show that the proper choice of alloying element (M) and type of contact facilitate the fabrication of ultra-conductive Cu–M–CNT systems by creating a favourable interface geometry, increasing the interface electronic density of states and reducing the contact resistance. In particular, a small concentration of Ni between the Cu matrix and the CNT using either an "end contact" and or a "dot contact" can significantly improve the electrical performance of the composite. Furthermore the predicted conductance of Ni-doped Cu–CNT "carpets" exceeds that of an undoped system by ∼200%. Cr is shown to improve CNT integration and composite conductance over a wide temperature range while Al, at low voltages, can enhance the conductance beyond that of Cr.
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