Self-Organized Micro-Spiral of Single-Walled Carbon Nanotubes

Abstract

Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are reported to spontaneously align in a rotational pattern by drying a liquid droplet of toluene containing polyfluorene as a dispersant. By situating a droplet of an SWCNT solution around a glass bead, spiral patterns are generated. The parallel alignment of SWCNTs along one stripe of such a pattern is confirmed using scanning electron microscopy and polarized optical microscopy. The orientation order increases toward the outer edge of a stripe. The stripe width in the pattern is proportional to the solute concentration, and the width and position of the stripes follow geometric sequences. The growth of the rotational pattern is also observed in real time. The process of spiral pattern formation is visualized, indicating the role of the annihilation of counter-traveling accompanied by continuous depinning. The geometric sequences for the stripe width and position are explained by the near-constant traveling speed and solute enrichment at the droplet periphery.

Evaporative Crystallization of Spirals

“…However, this phenomenon is not entirely unique to the high hysteresis surfaces used in the present study. Previous investigations have observed equidistant spiral deposition of fullerene crystals on hydrophilic substrates when used in conjunction with a glass bead placed at the center of the drop. − In these studies, the moving interface retracted from the outside of the drop inward toward the glass bead, leaving behind Archimedean spirals (in which the spirals become more tightly wound as the interface approaches the glass bead). Different spiral windings are found as a function of concentration , and temperature .…”

“…Previous investigations have observed equidistant spiral deposition of fullerene crystals on hydrophilic substrates when used in conjunction with a glass bead placed at the center of the drop. − In these studies, the moving interface retracted from the outside of the drop inward toward the glass bead, leaving behind Archimedean spirals (in which the spirals become more tightly wound as the interface approaches the glass bead). Different spiral windings are found as a function of concentration , and temperature . Comparing details of that investigation to the present reveals that both involve crystallization at a contact line moving toward a three-dimensional structure, suggesting that the unusual geometry of our system with the three-dimensional outer crystalline ring allows for formation of the two-dimensional crystalline patterns on the interior.…”

Specific Features of Crystallization Process of 4,4'-Azoxyanisole in the Form of Multiple «Coffee Rings»

“…Считается, что данное явление связано с капиллярными потоками в капле [2]. «Кофейные кольца» могут образовываться при высыхании истинных и коллоидных растворов различных низкомолекулярных веществ, белковых молекул [3], углеродных нанотрубок [4], полимеров [5]. В работе [6] подробно рассматриваются данное явление в технологии OLED-дисплеев и подходы к уменьшению воздействия данного явления на равномерность нанесения покрытия.…”

“…В работе [7] эффект «кофейного кольца», наоборот, специально используется для нанесения прозрачных проводящих покрытий на основе углеродных нанотрубок на гибкую полимерную подложку. Интерес представляют исследования возможностей по управлению формой «кофейного кольца» [4,5,8]. Показано, что кольцо может быть не одно, а представлять собой множественные кольцевые структуры или спираль.…”

“…В работе [13] исследовано влияние поверхностно-активных веществ на форму «кофейного кольца». В работе [4] для получения спиральной микроструктуры из одностенных углеродных нанотрубок в центр капли помещали стеклянный шарик. Микроструктурирование соединений, обладающих жидкокристаллическими свойствами, является важной задачей современного материаловедения [14][15][16], поэтому целью данной работы стало исследование формирования спиральных кристаллических микроструктур из 4,4-азоксианизолана и математическое моделирование происходящих процессов.…”