journal article·2014-07-16

Photoconductivity enhancement and charge transport properties in a conjugated polyelectrolyte/carbon nanotube hybrid studied by scanning probe microscopy

Kin Cheung Lo, Sheung Yin Li, Wai Kin Chan

Journal of Materials Chemistry C· Volume 2· Issue 37
Publisher page

Abstract

We report the use of electrostatic force microscopy (EFM) and photoconductive atomic force microscopy (PCAFM) for the characterization of a cationic conjugated polyelectrolyte/multi-walled carbon nanotube (MWCNT) hybrid. The polymer, poly[N,N,N-triethyl-12-(thiophen-3-yl)dodecan-1-ammonium bromide] (PTETDA) may functionalize MWCNTs by noncovalent interactions, and can also enhance the photosensitivity of the resulting polymer/MWCNT hybrid. Molecular dynamics simulation shows that the PTETDA interacts with the MWCNT mainly through the conjugated backbone and the counterions can diffuse away from PTETDA. The unscreened charges were detected by EFM, providing evidence for the presence of the PTETDA wrapped on the MWCNTs. This is the first report that EFM is applied in the characterization of a polymer/MWCNT hybrid. PCAFM shows that the equilibrium conductance exhibited a one-fold increase upon white light illumination at 1.45 mW cm−2. The current–voltage curves were analyzed by the Simmons model to investigate the mechanism of the photoresponse. We also report for the first time that a rigorous advanced bootstrap method was applied to analyze the photocurrent response of nanoparticles. The enhancement in photoconductivity demonstrates the potential of using a conjugated polymer/carbon nanotube hybrid in optoelectronic devices.
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Research context

OpenAlex topics: Conducting polymers and applications · Force Microscopy Techniques and Applications · Molecular Junctions and Nanostructures

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References (100+)

Show source-provided references
1. Radbeh · Polym. Int. · 2010 · 59 · 151410.1002/pi.2916 ↗
2. Brown · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 477610.1021/jp7107472 ↗
3. Misewich · Science · 2003 · 300 · 78310.1126/science.1081294 ↗
4. Martel · Appl. Phys. Lett. · 1998 · 73 · 244710.1063/1.122477 ↗
5. Hecht · Nano Lett. · 2006 · 6 · 203110.1021/nl061231s ↗
6. Kong · Science · 2000 · 287 · 62210.1126/science.287.5453.622 ↗
7. Pang · Macromolecules · 2010 · 43 · 1037610.1021/ma101862b ↗
8. Shulaker · Nature · 2013 · 501 · 52610.1038/nature12502 ↗
9. Kongkanand · ACS Nano · 2007 · 1 · 1310.1021/nn700036f ↗
10. Ehli · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 1122210.1021/ja0624974 ↗
11. Kim · ACS Nano · 2010 · 4 · 419710.1021/nn100427f ↗
12. Vijayakumar · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 453310.1021/jp111248r ↗
13. Kang · Nano Lett. · 2009 · 9 · 141410.1021/nl8032334 ↗
14. Yu · New J. Chem. · 2013 · 37 · 183310.1039/c3nj41086b ↗
15. Li · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2011 · 4 · 7410.1021/am201561g ↗
16. Backes · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 217210.1021/ja805660b ↗
17. Nish · Nat. Nanotechnol. · 2007 · 2 · 64010.1038/nnano.2007.290 ↗
18. Chang · Adv. Funct. Mater. · 2012 · 22 · 328410.1002/adfm.201200738 ↗
19. Sgobba · J. Mater. Chem. · 2008 · 18 · 15310.1039/B713798M ↗
20. Kymakis · J. Phys. D: Appl. Phys. · 2006 · 39 · 105810.1088/0022-3727/39/6/010 ↗
21. Geng · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 1682710.1021/ja065035z ↗
22. Bhattacharyya · Chem. Mater. · 2004 · 16 · 481910.1021/cm0496063 ↗
23. Kymakis · J. Appl. Phys. · 2003 · 93 · 176410.1063/1.1535231 ↗
24. Moore · Nano Lett. · 2003 · 3 · 137910.1021/nl034524j ↗
25. Yan · J. Mater. Chem. · 2012 · 22 · 434910.1039/c2jm14896j ↗
26. Chou · J. Mater. Chem. · 2010 · 20 · 547410.1039/c0jm00196a ↗
27. Mélin · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 16610110.1103/PhysRevLett.92.166101 ↗
28. Datta · Nano Lett. · 2008 · 9 · 710.1021/nl8009044 ↗
29. Cui · Nano Lett. · 2003 · 3 · 78310.1021/nl034193a ↗
30. Heo · Nano Lett. · 2005 · 5 · 85310.1021/nl0501765 ↗
31. Sand Jespersen · Appl. Phys. A · 2007 · 88 · 30910.1007/s00339-007-3927-7 ↗
32. Zdrojek · Appl. Phys. Lett. · 2005 · 86 · 21311410.1063/1.1925782 ↗
33. Zdrojek · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2008 · 77 · 03340410.1103/PhysRevB.77.033404 ↗
34. Guldi · Adv. Mater. · 2005 · 17 · 87110.1002/adma.200400641 ↗
35. Saito · J. Phys. Chem. C · 2006 · 111 · 119410.1021/jp065615i ↗
36. Kuila · Macromolecules · 2010 · 43 · 669910.1021/ma100917p ↗
37. Steiner · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 1214410.1021/ja902913r ↗
38. Jensen · J. Chromatogr. A · 2012 · 1257 · 19510.1016/j.chroma.2012.07.086 ↗
39. Mélin · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2004 · 69 · 03532110.1103/PhysRevB.69.035321 ↗
40. Engelkes · J. Phys. Chem. B · 2005 · 109 · 1680110.1021/jp052348s ↗
41. Ditzler · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 442910.1021/jp9073834 ↗
42. Engelkes · J. Am. Chem. Soc. · 2004 · 126 · 1428710.1021/ja046274u ↗
43. Wold · J. Am. Chem. Soc. · 2001 · 123 · 554910.1021/ja0101532 ↗
44. Beebe · Phys. Rev. Lett. · 2006 · 97 · 02680110.1103/PhysRevLett.97.026801 ↗
45. Xu · Nano Lett. · 2005 · 5 · 57110.1021/nl048218x ↗
46. Coffey · Nano Lett. · 2007 · 7 · 73810.1021/nl062989e ↗
47. Walther · J. Phys. Chem. B · 2001 · 105 · 998010.1021/jp011344u ↗
48. F. Léonard , The Physics of Carbon Nanotube Devices, William Andrew, Norwich, 2009
49. Gordiz · Appl. Phys. Lett. · 2011 · 99 · 25190110.1063/1.3670327 ↗
50. Yang · J. Phys. Chem. B · 2005 · 109 · 1000910.1021/jp0442403 ↗
51. Foroutan · J. Phys. Chem. B · 2010 · 114 · 532010.1021/jp100960u ↗
52. T. Mélin , M.Zdrojek and D.Brunel, in Scanning Probe Microscopy in Nanoscience and Nanotechnology, ed. B. Bhushan, Springer, Berlin, Germany, 2010, vol. 1, ch. 4, pp. 89–128
53. Staii · Nano Lett. · 2004 · 4 · 85910.1021/nl049748w ↗
54. Coffey · Nat. Mater. · 2006 · 5 · 73510.1038/nmat1712 ↗
55. Reus · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 671410.1021/jp210445y ↗
56. Basch · Nano Lett. · 2005 · 5 · 166810.1021/nl050702s ↗
57. Andrews · Nano Lett. · 2008 · 8 · 112010.1021/nl073265l ↗
58. Nijhuis · J. Am. Chem. Soc. · 2010 · 132 · 1838610.1021/ja108311j ↗
59. Seo · J. Mater. Chem. · 2009 · 19 · 761710.1039/b912563a ↗
60. Shapiro · Biometrika · 1965 · 52 · 59110.1093/biomet/52.3-4.591 ↗
61. Hinkley · Biometrika · 1969 · 56 · 63510.1093/biomet/56.3.635 ↗
62. Efron · J. Am. Stat. Assoc. · 1987 · 82 · 17110.1080/01621459.1987.10478410 ↗
63. B. Efron and R. J.Tibshirani, An Introduction to the Bootstrap, Chapman & Hall, New York, 199310.1007/978-1-4899-4541-9 ↗
64. Li · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 1098610.1021/jp300467c ↗
65. Vilan · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 443110.1021/jp066846s ↗
66. Malyar · J. Electron. Mater. · 2012 · 41 · 342710.1007/s11664-012-2266-4 ↗
67. K. L. Johnson , Contact Mechanics, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1987
68. V. V. Tsukruk and S.Singamaneni, Scanning Probe Microscopy of Soft Matter: Fundamentals and Practices, Wiley-VCH, Weinheim, 2012
69. Guhados · J. Appl. Phys. · 2007 · 101 · 03351410.1063/1.2433125 ↗
70. Niranjan · Intermetallics · 2012 · 26 · 15010.1016/j.intermet.2012.03.049 ↗
71. Bondarev · J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. · 2010 · 48 · 307310.1002/pola.24085 ↗
72. De Crescenzi · Surf. Sci. · 2007 · 601 · 281010.1016/j.susc.2006.12.046 ↗
73. Castrucci · Nanotechnology · 2011 · 22 · 11570110.1088/0957-4484/22/11/115701 ↗
74. Kymakis · Appl. Phys. Lett. · 2002 · 80 · 11210.1063/1.1428416 ↗
75. Berson · Adv. Funct. Mater. · 2007 · 17 · 336310.1002/adfm.200700438 ↗
76. Elbing · Macromolecules · 2008 · 41 · 914610.1021/ma802139j ↗
77. Seo · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 1004210.1021/ja801451e ↗
78. Pakoulev · J. Phys. Chem. C · 2009 · 113 · 2141310.1021/jp9056576 ↗
79. Parker · J. Appl. Phys. · 1994 · 75 · 165610.1063/1.356350 ↗
80. Niranjan · Phys. Rev. B: Condens. Matter · 2006 · 73 · 19533210.1103/PhysRevB.73.195332 ↗
81. Simmons · J. Appl. Phys. · 1963 · 34 · 179310.1063/1.1702682 ↗
82. Arkhipov · Appl. Phys. Lett. · 2003 · 82 · 460510.1063/1.1586456 ↗
83. Perebeinos · Nano Lett. · 2006 · 6 · 20510.1021/nl052044h ↗
84. Park · Org. Electron. · 2008 · 9 · 31710.1016/j.orgel.2007.11.007 ↗
85. Hartstein · J. Phys. C: Solid State Phys. · 1978 · 11 · L46910.1088/0022-3719/11/11/006 ↗
86. J. H. Zar , Biostatistical Analysis, Prentice Hall, Upper Saddle River, 5th edn, 2010
87. Freitag · Nano Lett. · 2003 · 3 · 106710.1021/nl034313e ↗
88. Zhai · Macromolecules · 2002 · 36 · 6110.1021/ma0255884 ↗
89. Bäuerle · Angew. Chem., Int. Ed. · 1990 · 29 · 41910.1002/anie.199004191 ↗
90. Yang · Chem. Mater. · 2007 · 19 · 622210.1021/cm7020005 ↗
91. Li · Macromol. Res. · 2009 · 17 · 35610.1007/BF03218875 ↗
92. Iovu · Macromolecules · 2005 · 38 · 864910.1021/ma051122k ↗
93. Phillips · J. Comput. Chem. · 2005 · 26 · 178110.1002/jcc.20289 ↗
94. Vanommeslaeghe · J. Comput. Chem. · 2010 · 31 · 67110.1002/jcc.21367 ↗
95. Humphrey · J. Mol. Graphics · 1996 · 14 · 3310.1016/0263-7855(96)00018-5 ↗
96. Mayne · J. Comput. Chem. · 2013 · 34 · 275710.1002/jcc.23422 ↗
97. Joung · J. Phys. Chem. B · 2008 · 112 · 902010.1021/jp8001614 ↗
98. Lemons · Am. J. Phys. · 1997 · 65 · 107910.1119/1.18725 ↗
99. Martyna · J. Chem. Phys. · 1994 · 101 · 417710.1063/1.467468 ↗
100. Feller · J. Chem. Phys. · 1995 · 103 · 461310.1063/1.470648 ↗