Abstract
Carbon nanotubes are molecular-scale tubes of graphitic carbon with outstanding properties. They are among the stiffest and strongest fibres known, with Young's moduli as high as 1 TPa and tensile strengths of up to 63 GPa. They also have remarkable electronic properties and can be metallic or semiconducting depending on their structure and diameter. There is currently great interest in exploiting these properties by incorporating carbon nanotubes into some form of matrix. A wide range of polymer matrices have been employed, and there is growing interest in nanotube/ceramic and nanotube/metal composites. This review outlines the properties of carbon nanotubes and describes the preparation and properties of carbon nanotube composites. The prospects for commercial exploitation of these materials are discussed.
Get full access to this article
View all access options for this article.
References
1.
Harris
P. J. F.
: ‘Carbon nanotubes and related structures - new materials for the twenty-first century’ ; 1999 , Cambridge , Cambridge University Press .
2.
Iijima
S.
: Nature , 1991 , 354 , 56 –58 .
3.
Krätschmer
W.
Lamb
L. D.
Fostiropoulos
K.
Huffman
D. R.
: Nature , 1990 , 347 , 354 –358 .
4.
Iijima
S.
Ichihashi
T.
: Nature , 1993 , 363 , 603 –605 .
5.
Bethune
D. S.
Kiang
C. H.
De Vries
M. S.
Gorman
G.
Savoy
R.
Vasquez
J.
Beyers
R.
: Nature , 1993 , 363 , 605 –607 .
6.
Dai
H.
Rinzler
A. G.
Nikolaev
P.
Thess
A.
Colbert
D. T.
Smalley
R. E.
: Chem. Phys. Lett . , 1996 , 260 , 471 –475 .
7.
Treacy
M. M. J.
Ebbesen
T. W.
Gibson
J. M.
: Nature , 1996 , 381 , 678 –680 .
8.
Wong
E. W.
Sheehan
P. E.
Lieber
C. M.
: Science , 1997 , 277 , 1971 –1975 .
9.
Falvo
M. R.
Clary
G. J.
Taylor
R. M.
Chi
V.
Brooks
F. P.
Washburn
S.
Superfine
R.
: Nature , 1997 , 389 , 582 –584 .
10.
Anazawa
K.
Shimotani
K.
Manabe
C.
Watanabe
H.
Shimizu
M.
: Appl. Phys. Lett . , 2002 , 81 , 739 –741 .
11.
Kim
P.
Shi
L.
Majumdar
A.
McEuen
P. L.
: Phys. Rev. Lett. , 2001, 87, paper 215502.
12.
Thostenson
E. T.
Ren
Z. F.
Chou
T. W.
: Compos. ScL Technot , 2001 , 61 , 1899 –1912 .
13.
Lau
K. T.
Hui
D.
: Composites Part B , Engineering , 2002 , 33 , 263 –277 .
14.
Huh
Y.
Lee
J. Y.
Cheon
J.
Hong
Y. K.
Koo
J. Y.
Lee
T. J.
Lee
C. J.
: J. Mater. Chem . , 2003 , 13 , 2297 –2300 .
15.
Endo
M.
Koyama
T.
Hishiyama
Y.
: Jpn J. Appl. Phys . , 1976 , 15 , 2073 –2076 .
16.
Lyu
S. C.
Liu
B. C.
Lee
T. J.
Liu
Z. Y.
Yang
C. W.
Park
C. Y.
Lee
C. J.
: Chem. Commun . , 2003 , 734-73
5 .
17.
Yu
M.-F.
Lourie
O.
Dyer
M. J.
Moloni
K.
Kelly
T. F.
Ruoff
R. S.
: Science , 2000 , 287 , 637 –640 .
18.
Poncharal
P.
Wang
Z. L.
Ugarte
D.
De Heer
W. A.
: Science , 1999 , 283 , 1513 –1516 .
19.
Salvetat
J.-P.
Kulik
A. J.
Bonard
J.-M.
Briggs
G. A. D.
Stöckli
T.
Méténier
K.
Bonnamy
S.
Béguin
F.
Burnham
N. A.
Forró
L.
: Adv. Mater . , 1999 , 11 , 161 –165 .
20.
Yu
M.-F.
Files
B. S.
Arepalli
S.
Ruoff
R. S.
: Phys. Rev. Lett . , 2000 , 84 , 5552 –5555 .
21.
Terrones
M.
: Int. Mater. Rev , to be published .
22.
Mintmire
J. W.
Dunlap
B. I.
White
C. T.
: Phys. Rev. Lett . , 1992 , 68 , 631 –634 .
23.
Saito
R.
Fujita
M.
Dresselhaus
G.
Dresselhaus
M. S.
: Phys. Rev. B , 1992 , 46 , 1804 –1811 .
24.
Hamada
N.
Sawada
S.
Oshiyama
A.
: Phys. Rev. Lett . , 1992 , 68 , 1579 –1581 .
25.
Ebbesen
T. W.
Lezec
H. J.
Hiura
H.
Bennett
J. W.
Ghaemi
H. F.
Thio
T.
: Nature , 1996 , 382 , 54 –56 .
26.
Riggs
J. E.
Walker
D. B.
Carroll
D. L.
Sun
Y.-P.
: J. Phys. Chem. B , 2000 , 104 , 7071 –7076 .
27.
Tsang
S. C.
Chen
Y. K.
Harris
P. J. F.
Green
M. L. H.
: Nature , 1994 , 372 , 159 –162 .
28.
Lago
R. M.
Tsang
S. C.
Lu
K. L.
Chen
Y. K.
Green
M. L. H.
: Chem. Commun . , 1995 , 1355-135
6 .
29.
Sun
Y.-P.
Fu
K. F.
Lin
Y.
Huang
W.
: Ace. Chem. Res . , 2002 , 35 , 1096 –1104 .
30.
Sinnott
S. B.
: J. NanoscL NanotechnoL , 2002 , 2 ,113 –123 .
31.
Shaffer
M. S. P.
Fan
X.
Windle
A. H.
: Carbon , 1998 , 36 , 1603 –1612 .
32.
Shaffer
M. S. P.
Windle
A. H.
: Adv. Mater . , 1999 , 11 , 937 –941 .
33.
Hill
D. E.
Lin
Y.
Rao
A. M.
Allard
L. F.
Sun
Y.-P.
: Macromolecules , 2002 , 35 , 9466 –9471 .
34.
Qian
D.
Dickey
E. C.
Andrews
R.
Rantell
T.
: Appl. Phys. Lett . , 2000 , 76 , 2868 –2870 .
35.
Andrews
R.
Jacques
D.
Qian
D.
Rantell
T.
: Acc. Chem. Res . , 2002 , 35 , 1008 –1017 .
36.
Haggenmueller
R.
Gommans
H. H.
Rinzler
A. G.
Fischer
J. E.
Winey
K. I.
: Chem. Phys. Lett . , 2000 , 330 , 219 –225 .
37.
Potschke
P.
Fornes
T. D.
Paul
D. R.
: Polymer , 2002 , 43 , 3247 –3255 .
38.
Sennett
M.
Welsh
E.
Wright
J. B.
Li
W. Z.
Wen
J. G.
Ren
Z. F.
: Appl. Phys. A , 2003 , 76 , 111 –113 .
39.
Ajayan
P. M.
Stephan
O.
Colliex
C.
Trauth
D.
: Science , 1994 , 265 , 1212 –1214 .
40.
Sandler
J.
Shaffer
M. S. P.
Prasse
T.
Bauhofer
W.
Schulte
K.
Windle
H.
: Polymer , 1999 , 40 , 5967 –5971 .
41.
Allaoui
A.
Bai
S.
Cheng
H. M.
Bai
J. B.
: Compos. ScL Technot , 2002 , 62 , 1993 –1998 .
42.
Xu
X.
Thwe
M. M.
Shearwood
C.
Liao
K.
: Appl. Phys. Lett . , 2002 , 81 , 2833 –2835 .
43.
Puglia
D.
Valentini
L.
Kenny
J. M.
: J. Appl. Polymer Sci . , 88, 452 –458 .
44.
Cochet
M.
Maser
W. K.
Benito
A. M.
Callejas
M. A.
Martinez
M. T.
Benoit
J.-M.
, J. Schreiber and 0. Chauvet: Chem. Commun . , 2001 , 1450 –1451 .
45.
Shaffer
M. S. P.
Koziol
K.
: Chem. Commun . , 2002 , 2074-207
5 .
46.
Park
C.
Ounaies
Z.
Watson
K. A.
Crooks
R. E.
Smith
J.
Lowther
S. E.
Connell
J. W.
Siochi
E. J.
Harrison
J. S.
St Clair
T. L.
: Chem. Phys. Lett . , 2002 , 364 , 303 –308 .
47.
Jurewicz
K.
Delpeux
S.
Bertagna
V.
Béguin
F.
Frackowiak
E.
: Chem. Phys. Lett . , 2001 , 347 , 36 –40 .
48.
Hughes
M.
Chen
G. Z.
Shaffer
M. S. P.
Fray
D. J.
Windle
A. H.
: Chem. Mater . , 2002 , 14 , 1610 –1613 .
49.
Mamedov
A. A.
Kotov
N. A.
Prato
M.
Guldi
D. M.
Wicksted
J. P.
Hirsch
A.
: Nature Mater. , 2002 , 1 , 190 –194 .
50.
Rouse
J. H.
Lillehei
P. T.
: Nano Lett. , 2003 , 3 , 59 –62 .
51.
Lozano
K.
Barrera
E. V.
: J. Appl. Polym. ScL , 2001 , 79 , 125 –133 .
52.
Valentini
L.
Biagiotti
J.
Kenny
J. M.
Santucci
S.
: Compos. Set Technot , 2003 , 63 , 1149 –1153 .
53.
Sandler
J.
Werner
P.
Shaffer
M. S. P.
Demchuk
V.
Altstadt
V.
Windle
A. H.
: Composites Part A , Appl. ScL Manuf , 2002 , 33 , 1033 –1039 .
54.
Czerw
R.
Guo
Z. X.
Ajayan
P. M.
Sun
Y. P.
Carroll
D. L.
: Nano Lett. , 2001 , 1 , 423 –427 .
55.
Grady
B. P.
Pompeo
F.
Shambaugh
R. L.
Resasco
D. E.
: J. Phys. Chem. B , 2002 , 106 , 5852 –5858 .
56.
Cadek
M.
Coleman
J. N.
Barron
V.
Hedicke
K.
Blau
W. J.
: Appl. Phys. Lett . , 2002 , 81 , 5123 –5125 .
57.
Watts
P. C. P.
Hsu
W. K.
: Nanotechnology , 2003 , 14 , L7–L10 .
58.
Schadler
L. S.
Giannaris
S. C.
Ajayan
P. M.
: Appl. Phys. Lett . , 1998 , 73 , 3842 –3844 .
59.
Gojny
F. H.
Nastalczyk
J.
Roslaniec
Z.
Schulte
K.
: Chem. Phys. Lett . , 2003 , 370 , 820 –824 .
60.
Ajayan
P. M.
Schadler
L. S.
Giannaris
C.
Rubio
A.
: Adv. Mater . , 2000 , 12 , 750 –753 .
61.
Biercuk
M. J.
Llaguno
M. C.
Radosavljevic
M.
Hyun
J. K.
Johnson
A. T.
Fischer
J. E.
: Appl. Phys. Lett . , 2002 , 80 , 2767 –2769 .
62.
Lozano
K.
Bonilla-Rios
J.
Barrera
E. V.
: J. Appl. Polym. Set , 2001 , 80 , 1162 –1172 .
63.
Jamieson
V.
: New Set, 15 Mar . 2003 , 30 .
64.
Zengin
H.
Zhou
W. S.
Jin
J. Y.
Czerw
W. R.
Smith
D. W.
Echegoyen
L.
Carroll
D. L.
Foulger
S. H.
Ballato
J.
: Adv. Mater . , 2002 , 14 , 1480 –1483 .
65.
Deng
J.
Ding
X.
Zhang
W.
Peng
Y.
Wang
J.
Long
X.
Li
P.
Chan
A. S. C.
: Eur. Polym . 1 , 2002 , 38, 2497 -2501.
66.
Blanchet
G. B.
Fincher
C. R.
Gao
F.
: Appl. Phys. Lett . , 2003 , 82 , 1290 –1292 .
67.
Curran
S. A.
Ajayan
P. M.
Blau
W. J.
Carroll
D. L.
Coleman
J. N.
Dalton
A. B.
Davey
A. P.
Drury
A.
McCarthy
B.
Maier
S.
Strevens
A. A.
: Adv. Mater . , 1998 , 10 , 1091 –1093 .
68.
Sariciftci
N. S.
Smilowitz
L.
Heeger
A. J.
Wudl
F.
: Science , 1992 , 258 , 1474 –1476 .
69.
Camaioni
N.
Garlaschelli
L.
Geri
A.
Maggini
M.
Possamai
G.
Ridolfi
G.
: J. Mater. Chem . , 2002 , 12 , 2065 –2070 .
70.
Romero
D. B.
Carrard
M.
De Heer
W.
Zuppiroli
L.
: Adv. Mater . , 1996 , 8 , 899 –902 .
71.
Ago
H.
Petritsch
K.
Shaffer
M. S. P.
Windle
A. H.
Friend
R. H.
: Adv. Mater . , 1999 , 11 , 1281 –1285 .
72.
Kymakis
E.
Amaratunga
G. A. J.
: Appl. Phys. Lett . , 2002 , 80 , 112 –114 .
73.
Chen
Y.-C.
Raravikar
N. R.
Schadler
L. S.
Ajayan
P. M.
Zhao
Y.-P.
Lu
T.-M.
Wang
G.-C.
Zhang
X.-C.
: Appl. Phys. Lett . , 2002 , 81 , 975 –977 .
74.
O'Flaherty
S. A.
Murphy
R.
Hold
S. V.
Cadek
M.
Coleman
J. N.
Blau
W. J.
: J. Phys. Chem. B , 2003 , 107 , 958 –964 .
75.
Peigney
A.
Laurent
C.
Dobigeon
F.
Rousset
A.
: J. Mater. Res . , 1997 , 12 , 613 –615 .
76.
Flahaut
E.
Peigney
A.
Laurent
C.
Marliere
C.
Chastel
F.
Rousset
A.
: Acta Mater. , 2000 , 48 , 3803 –3812 .
77.
Peigney
A.
Flahaut
E.
Laurent
C.
Chastel
F.
Rousset
A.
: Chem. Phys. Lett . , 2002 , 352 , 20 –25 .
78.
An
J. W.
Lim
D. S.
: J. Ceram. Process. Res . , 2002 , 3 , 201 –204 .
79.
Zhan
G.-D.
Kuntz
J. D.
Wan
J. L.
Mukherjee
A. K.
: Nature Mater. , 2003 , 2 , 38 –42 .
80.
Zhan
G.-D.
Kuntz
J. D.
Garay
J. E.
Mukherjee
A. K.
: Appl. Phys. Lett . , 2003 , 83 , 1228 –1230 .
81.
Seeger
T.
Köhler
T.
Frauenheim
T.
Grobert
N.
Rühle
M.
Terrones
M.
Seifert
G.
: Chem. Commun . , 2002 , 34-3
5 .
82.
Seeger
T.
De La Fuente
G.
Maser
W. K.
Benito
A. M.
Callejas
M. A.
Martinez
M. T.
Nanotechnology , 2003 , 14 , 184 –187 .
83.
Han
H.
Vijayalakshmi
S.
Lan
A.
Iqbal
Z.
Grebel
H.
Lalanne
E.
Johnson
A. M.
: Appl. Phys. Lett . , 2003 , 82 , 1458 –1460 .
84.
Vincent
P.
Brioude
A.
Journet
C.
Rabaste
S.
Purcell
S. T.
Le Brusq
J.
Plenet
J. C.
: J. Non-Cryst. Sol , 2002 , 311 , 130 –137 .
85.
Sakamoto
J. S.
Dunn
B.
: J Electrochem Soc. , 2002 , 149 , A26–A30 .
86.
Ma
R. Z.
Wu
J.
Wei
B. Q.
Liang
J.
Wu
D. H.
: J. Mater. ScL , 1998 , 33 , 5243 –5246 .
87.
Andrews
R.
Jacques
D.
Rao
A. M.
Rantell
T.
Derbyshire
F.
Chen
Y.
Chen
J.
Haddon
R. C.
: Appl. Phys. Lett . , 1999 , 75 , 1329 –1331 .
88.
Thostenson
E. T.
Li
W. Z.
Wang
D. Z.
Ren
Z. F.
Chou
T. W.
: J. Appl. Phys . , 2002 , 91 , 6034 –6037 .
89.
Chung
D. D. L.
: ‘Carbon fiber composites’ chap. 7; 1994, Boston, Butterworth-Heinemann.
90.
Rawal
S.
: JOM , 2001 , 53 , 14 –17 .
91.
Kuzumaki
T.
Miyazawa
K.
Ichinose
H.
Ito
K.
: J. Mater. Res . , 1998 , 13 , 2445 –2449 .
92.
Kuzumaki
T.
, 0. Ujiie , H. Ichinose and K. Ito: Adv. Eng. Mater . , 2000 , 2 , 416 –418 .
93.
Chen
W. X.
Tu
J. P.
Wang
L. Y.
Gan
H. Y.
Xu
Z. D.
Zhang
X. B.
: Carbon , 2003 , 41 , 215 –222 .
94.
Liao
K.
Li
S.
: Appl. Phys. Lett . , 2001 , 79 , 4225 –4227 .
95.
Star
A.
Stoddart
J. F.
Steuerman
D.
Diehl
M.
Boukai
A.
Wong
E. W.
Yang
X.
Chung
S. W.
Choi
H.
Heath
J. R.
: Angewandte Chemie-Int. Ed :, 2001 , 40 , 1721 –1725 .
96.
Star
A.
Liu
Y.
Grant
K.
Ridvan
L.
Stoddart
J. F.
Steuerman
D. W.
Diehl
M. R.
Boukai
A.
Heath
J. R.
: Macromolecules , 2003 , 36 , 553 –560 .
97.
Harris
P. J. F.
Tsang
S. C.
Claridge
J. B.
Green
M. L. H.
: J. Chem. Soc ., Faraday Trans . , 1994 , 90 , 2799 –2802 .
98.
Setlur
A. A.
Doherty
S. P.
Dai
J. Y.
Chang
R. P. H.
: Appl. Phys. Lett . , 2000 , 76 , 3008 –3010 .
99.
Doherty
S. P.
Buchholz
D. B.
Li
B. J.
Chang
R. P. H.
: J. Mater. Res . , 2003 , 18 , 941 –949 .
100.
Buchholz
D. B.
Doherty
S. P.
Chang
R. P. H.
: Carbon , 2003 , 41 , 1625 –1634 .