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Erschienen in: Tribology Letters 4/2022

01.12.2022 | Original Paper

Regulating Rolling and Sliding of Carbon Nanotubes on Graphite Through Doping and Charging

verfasst von: Cong Ma, Quan Ming Li, Wang Gao

Erschienen in: Tribology Letters | Ausgabe 4/2022

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Abstract

Nanostructures with controllable motion are indispensable to developing nanodevices. However, it still presents a fundamental challenge to effectively regulate the relative motion at the nanoscale, such as sliding and rolling. Since the potential energy surface that dictates the relative motion at the nanoscale is intrinsically determined by the underlying electron density, we employ doping and charging to regulate the sliding and rolling of carbon nanotubes (CNTs) on graphite (GRA). Herein, we focus on the single-walled (6, 6) CNTs on the fixed monolayer graphene, using density functional theory. We find that charging effectively enables N-doped CNTs to switch between sliding and rolling on GRA, whereas other dopants, such as B, Al, and P elements, generally cause the sliding preference for CNTs on GRA. Our findings uncover the difference and correlation between doping and charging in tuning the charge density as well as nanofriction. Therefore, our study is expected to provide some guide to the modulation of nano(electro) mechanical devices from the electronic point of view.

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Zurück zum Zitat Lv, R., Cui, T., Jun, M.-S., Zhang, Q., Cao, A., Su, D.S., Zhang, Z., Yoon, S.-H., Miyawaki, J., Mochida, I., et al.: Open-ended, n-doped carbon nanotube-graphene hybrid nanostructures as high-performance catalyst support. Adv. Funct. Mater. 21(5), 999–1006 (2011). https://doi.org/10.1002/adfm.201001602CrossRef Lv, R., Cui, T., Jun, M.-S., Zhang, Q., Cao, A., Su, D.S., Zhang, Z., Yoon, S.-H., Miyawaki, J., Mochida, I., et al.: Open-ended, n-doped carbon nanotube-graphene hybrid nanostructures as high-performance catalyst support. Adv. Funct. Mater. 21(5), 999–1006 (2011). https://​doi.​org/​10.​1002/​adfm.​201001602CrossRef
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Zurück zum Zitat Andrés, J., Gracia, L., Gonzalez-Navarrete, P., Longo, V.M., Avansi, W., Volanti, D.P., Ferrer, M.M., Lemos, P.S., La Porta, F.A., Hernandes, A.C., et al.: Structural and electronic analysis of the atomic scale nucleation of ag on \(\alpha\)-Ag2WO4 induced by electron irradiation. Sci. Rep. 4(1), 1–7 (2014). https://doi.org/10.1038/srep05391CrossRef Andrés, J., Gracia, L., Gonzalez-Navarrete, P., Longo, V.M., Avansi, W., Volanti, D.P., Ferrer, M.M., Lemos, P.S., La Porta, F.A., Hernandes, A.C., et al.: Structural and electronic analysis of the atomic scale nucleation of ag on \(\alpha\)-Ag2WO4 induced by electron irradiation. Sci. Rep. 4(1), 1–7 (2014). https://​doi.​org/​10.​1038/​srep05391CrossRef
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Metadaten
Titel
Regulating Rolling and Sliding of Carbon Nanotubes on Graphite Through Doping and Charging
verfasst von
Cong Ma
Quan Ming Li
Wang Gao
Publikationsdatum
01.12.2022
Verlag
Springer US
Erschienen in
Tribology Letters / Ausgabe 4/2022
Print ISSN: 1023-8883
Elektronische ISSN: 1573-2711
DOI
https://doi.org/10.1007/s11249-022-01653-9

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