journal article·2011-09-27

Three Dimensional Carbon-Nanotube Polymers

Zhisheng Zhao, Bo Xu, Li-Min Wang, Xiang-Feng Zhou, Julong He, Zhongyuan Liu, Hui-Tian Wang, Yongjun Tian

ACS Nano· Volume 5· Issue 9
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Abstract

Eight fascinating sp(2)- and sp(3)-hybridized carbon allotropes have been uncovered using a newly developed ab initio particle-swarm optimization methodology for crystal structure prediction. These crystalline allotropes can be viewed respectively as three-dimensional (3D) polymers of (4,0), (5,0), (7,0), (8,0), (9,0), (3,3), (4,4), and (6,6) carbon nanotubes, termed 3D-(n, 0) or 3D-(n, n) carbons. The ground-state energy calculations show that the carbons all have lower energies than C(60) fullerene, and some are energetically more stable than the van der Waals packing configurations of their nanotube parents. Owing to their unique configurations, they have distinctive electronic properties, high Young's moduli, high tensile strength, ultrahigh hardness, good ductility, and low density, and may be potentially applied to a variety of needs.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Graphene research and applications · Boron and Carbon Nanomaterials Research · Carbon Nanotubes in Composites

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China,

School of Physics and Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics, Ministry of Education, Nankai University, Tianjin 300071, China

References (71)

Show source-provided references
1. Bundy F. P. · J. Chem. Phys. · 1961 · 35 · 38310.1063/1.1731938 ↗
2. Yagi T. · Phys. Rev. B · 1992 · 46 · 603110.1103/PhysRevB.46.6031 ↗
3. Kroto H. W. · Nature · 1985 · 318 · 16210.1038/318162a0 ↗
4. Heath J. R. · J. Am. Chem. Soc. · 1987 · 109 · 35910.1021/ja00236a012 ↗
5. Voevodin A. A. · J. Appl. Phys. · 1995 · 78 · 412310.1063/1.359871 ↗
6. Friedmann T. A. · Appl. Phys. Lett. · 1996 · 68 · 164310.1063/1.115891 ↗
7. Novoselov K. S. · Science · 2004 · 306 · 66610.1126/science.1102896 ↗
8. Novoselov K. S. · Nature · 2005 · 438 · 19710.1038/nature04233 ↗
9. Liu P. · Cryst. Growth Des. · 2008 · 8 · 58110.1021/cg7006777 ↗
10. Liu P. · Nano Lett. · 2008 · 8 · 257010.1021/nl801392v ↗
11. Marques L. · Phys. Rev. B · 1996 · 54 · R1263310.1103/PhysRevB.54.R12633 ↗
12. Brazhkin V. V. · J. Appl. Phys. · 1998 · 84 · 21910.1063/1.368021 ↗
13. Blank V. D. · Carbon · 1998 · 36 · 31910.1016/S0008-6223(97)00234-0 ↗
14. Yamanaka S. J. · Phys. Rev. Lett. · 2006 · 96 · 07660210.1103/PhysRevLett.96.076602 ↗
15. Tonkov, E. Y.; Ponyatovsky, E. G.Phase Transformations of Elements under High Pressure;CRC:Boca Raton, FL, 2005; pp86–89.10.1201/9781420037609.ch1 ↗
16. Kumar R. S. · Diamond Relat. Mater. · 2007 · 16 · 125010.1016/j.diamond.2006.11.103 ↗
17. Wang Z. W. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 2004 · 101 · 1369910.1073/pnas.0405877101 ↗
18. Popov M. · Diamond Relat. Mater. · 2003 · 12 · 83310.1016/S0925-9635(02)00335-7 ↗
19. Mao W. L. · Science · 2003 · 302 · 42510.1126/science.1089713 ↗
20. Li Q. · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 102 · 17550610.1103/PhysRevLett.102.175506 ↗
21. Umemoto K. · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 104 · 12550410.1103/PhysRevLett.104.125504 ↗
22. Zhou X.-F. · Phys. Rev. B · 2010 · 82 · 13412610.1103/PhysRevB.82.134126 ↗
23. Wang J.-T. · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 07550110.1103/PhysRevLett.106.075501 ↗
24. Bucknum M. J. · J. Chem. Theory Comput. · 2006 · 2 · 77510.1021/ct060003n ↗
25. Omata Y. · Phys. E · 2005 · 29 · 45410.1016/j.physe.2005.06.009 ↗
26. Karfunkel H. R. · J. Am. Chem. Soc. · 1992 · 114 · 228510.1021/ja00033a001 ↗
27. Martoňák R. · Phys. Rev. Lett. · 2003 · 90 · 07550310.1103/PhysRevLett.90.075503 ↗
28. Martoňák R. · Z. Kristallogr. · 2005 · 220 · 48910.1524/zkri.220.5.489.65078 ↗
29. Sun J. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 2009 · 106 · 607710.1073/pnas.0812624106 ↗
30. Oganov A. R. · J. Chem. Phys. · 2006 · 124 · 24470410.1063/1.2210932 ↗
31. Glass C. W. · Comput. Phys. Commun. · 2006 · 175 · 71310.1016/j.cpc.2006.07.020 ↗
32. Oganov A. R. · Nature · 2009 · 457 · 86310.1038/nature07736 ↗
33. Ma Y. M. · Nature · 2009 · 458 · 18210.1038/nature07786 ↗
34. Pickard C. J. · Phys. Rev. Lett. · 2006 · 97 · 04550410.1103/PhysRevLett.97.045504 ↗
35. Pickard C. J. · Nat. Mater. · 2008 · 7 · 77510.1038/nmat2261 ↗
36. Pickard C. J. · Nat. Phys. · 2007 · 3 · 47310.1038/nphys625 ↗
37. Wang Y. C. · Phys. Rev. B · 2010 · 82 · 09411610.1103/PhysRevB.82.094116 ↗
38. Lv J. · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 01550310.1103/PhysRevLett.106.015503 ↗
39. Zhu L. · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 14550110.1103/PhysRevLett.106.145501 ↗
40. David W. I. F. · Nature · 1991 · 353 · 14710.1038/353147a0 ↗
41. Wang J.-T. · J. Appl. Phys. · 2010 · 107 · 06350710.1063/1.3359682 ↗
42. Peng L.-M. · Phys. Rev. Lett. · 2000 · 85 · 324910.1103/PhysRevLett.85.3249 ↗
43. Zhao X. · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 12550210.1103/PhysRevLett.92.125502 ↗
44. Ouyang M. · Science · 2001 · 292 · 70210.1126/science.1058853 ↗
45. Odom T. W. · Nature · 1998 · 391 · 6210.1038/34145 ↗
46. Wang X. L. · Phys. Rev. Lett. · 2008 · 100 · 15640410.1103/PhysRevLett.100.156404 ↗
47. Krishnan A. · Phys. Rev. B · 1998 · 58 · 1401310.1103/PhysRevB.58.14013 ↗
48. Lier G. V. · Chem. Phys. Lett. · 2000 · 326 · 18110.1016/S0009-2614(00)00764-8 ↗
49. Yao N. · J. Appl. Phys. · 1998 · 84 · 193910.1063/1.368323 ↗
50. Wong E. W. · Science · 1997 · 277 · 197110.1126/science.277.5334.1971 ↗
51. Treacy M. M. J. · Nature · 1996 · 381 · 67810.1038/381678a0 ↗
52. Yu M. -F. · Phys. Rev. Lett. · 2000 · 85 · 145610.1103/PhysRevLett.85.1456 ↗
53. Shen W. D. · Phys. Rev. Lett. · 2000 · 84 · 363410.1103/PhysRevLett.84.3634 ↗
54. Lee C. G. · Science · 2008 · 321 · 38510.1126/science.1157996 ↗
55. Demczyk B. G. · Mater. Sci. Eng. A · 2002 · 334 · 17310.1016/S0921-5093(01)01807-X ↗
56. Roundy D. · Phys. Rev. B · 2001 · 64 · 21210310.1103/PhysRevB.64.212103 ↗
57. Ogata S. · Phys. Rev. B · 2003 · 68 · 16540910.1103/PhysRevB.68.165409 ↗
58. Liu F. · Phys. Rev. B · 2007 · 76 · 06412010.1103/PhysRevB.76.064120 ↗
59. Guo X. J. · J. Phys.: Condens. Matter · 2009 · 21 · 485405
60. Voigt W. · 1928
61. Reuss A. · Z. Angew. Math. Mech. · 1929 · 9 · 4910.1002/zamm.19290090104 ↗
62. Hill R. · Proc. Phys. Soc. (London) · 1952 · 65 · 35010.1088/0370-1298/65/5/307 ↗
63. Gao F. M. · Phys. Rev. Lett. · 2003 · 91 · 01550210.1103/PhysRevLett.91.015502 ↗
64. He J. L. · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 94 · 01550410.1103/PhysRevLett.94.015504 ↗
65. Guo X. J. · J. Appl. Phys. · 2008 · 104 · 02350310.1063/1.2956594 ↗
66. Pugh S. F. · Philos. Mag. · 1954 · 45 · 82310.1080/14786440808520496 ↗
67. Kresse G. · Phys. Rev. B · 1996 · 54 · 1116910.1103/PhysRevB.54.11169 ↗
68. Materials Studio, version 4.1;Accelrys Inc.:San Diego, CA, 2006.
69. Ceperley D. M. · Phys. Rev. Lett. · 1980 · 45 · 56610.1103/PhysRevLett.45.566 ↗
70. Perdew J. P. · Phys. Rev. B · 1981 · 23 · 504810.1103/PhysRevB.23.5048 ↗
71. Monkhorst H. J. · Phys. Rev. B · 1976 · 13 · 518810.1103/PhysRevB.13.5188 ↗