Hybrid Carbon Nanotubes–Graphene Nanostructures: Modeling, Formation, Characterization

石墨烯 材料科学 碳纳米管 场电子发射 拉曼光谱 纳米结构 纳米技术 基质(水族馆) 石墨烯纳米带 电子 光学 量子力学 海洋学 物理 地质学
作者
Alexander Yu. Gerasimenko,Artem V. Kuksin,Yury P. Shaman,E. P. Kitsyuk,Yulia E. Fedorova,Denis T. Murashko,Artemiy A. Shamanaev,Elena M. Eganova,A.V. Sysa,Mikhail S. Savelyev,Dmitry V. Telyshev,Alexander A. Pavlov,Olga E. Glukhova
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (16): 2812-2812 被引量:1
标识
DOI:10.3390/nano12162812
摘要

A technology for the formation and bonding with a substrate of hybrid carbon nanostructures from single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and reduced graphene oxide (rGO) by laser radiation is proposed. Molecular dynamics modeling by the real-time time-dependent density functional tight-binding (TD-DFTB) method made it possible to reveal the mechanism of field emission centers formation in carbon nanostructures layers. Laser radiation stimulates the formation of graphene-nanotube covalent contacts and also induces a dipole moment of hybrid nanostructures, which ensures their orientation along the force lines of the radiation field. The main mechanical and emission characteristics of the formed hybrid nanostructures were determined. By Raman spectroscopy, the effect of laser radiation energy on the defectiveness of all types of layers formed from nanostructures was determined. Laser exposure increased the hardness of all samples more than twice. Maximum hardness was obtained for hybrid nanostructure with a buffer layer (bl) of rGO and the main layer of SWCNT-rGO(bl)-SWCNT and was 54.4 GPa. In addition, the adhesion of rGO to the substrate and electron transport between the substrate and rGO(bl)-SWCNT increased. The rGO(bl)-SWCNT cathode with an area of ~1 mm2 showed a field emission current density of 562 mA/cm2 and stability for 9 h at a current of 1 mA. The developed technology for the formation of hybrid nanostructures can be used both to create high-performance and stable field emission cathodes and in other applications where nanomaterials coating with good adhesion, strength, and electrical conductivity is required.
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