The near-Fermi-energy energy band structure of carbon nanotubes is given by cross-sections of the graphene Dirac cones near the K and K' points. Using second-order perturbation theory and a nearest-neighbor approximated tight-binding model, curvature-induced corrections to the graphene-based effective model are derived. In addition to the already known Dirac-point shift, the curvature is shown to cause not only a warping of the Dirac cone, tantamount to a slight compression and a correction to the overall Fermi velocity, but also a tilting of the Dirac cone and the associated nanotube energy bands. This tilting results in a velocity asymmetry for left- and right-going waves and two different kinds of excitations, allowing for varying degeneracy in the same sample. Previous experiments have shown irregularities in the level degeneracy and should be reconsidered in this context. / Energibandstrukturen för kolnanorör ges av tvärsnitt av grafens Dirac-koner nära K- och K'-punkterna. Medelst andra ordningens störningsteori och en tight-binding-modell med närmaste-granne-approximationen härleds de kurvaturinducerade korrektionerna till den grafenbaserade effektiva modellen. Utöver det redan kända Dirac-punkt-skiftet så visas kurvaturen orsaka inte bara en förvrängning av Dirac-konen, liktydigt med en mild kompression och en korrektion till den övergripande fermihastigheten, utan också en lutning av Dirac-konen och de associerade nanorörsenergibanden. Denna lutning resulterar i en hastighetsasymmetri för vänster- och högergående vågor och två olika sorters excitationer, vilket tillåter för varierande degeneration i samma prov. Tidigare experiment har visat oregelbundenheter i nivådegenerationen och bör omprövas i denna kontext.

Carbon nanotubes (CNTs) have gathered a lot of interest because of their extraordinary mechanical, electrical and thermal properties and have potential applications in a wide variety of areas such as material-reinforcement and nano-electronics. The properties of nanotubes are dependent on their diameter and methods for determining this using atomic force microscopy (AFM) in tapping mode assume that the measured height of the tubes represent the real diameter. Based on early, faulty calculations, the forces in tapping mode were assumed to be much lower than in contact mode, however it was later shown that forces in tapping mode can at point of impact rival the forces present in contact mode. This means that there is a potential risk of tube deformation during tapping mode measurements, resulting in incorrectly determined diameters. This work studies CNTs deposited on a silicon-substrate to analyze the effect of three common AFM settings (tapping frequency, free oscillation amplitude and setpoint) to determine their effect on measured CNT diameters and recommendations for choosing settings are given. / Kolnanorör har skapat mycket intresse på grund av sina extraordinära mekaniska, elektriska och termiska egenskaper och har lovande tillämpningar inom en mängd olika områden så som materialförstärkning och nanoelektronik. Kolnanorörens egenskaper påverkas kraftigt av deras diameter och de metoder som använder sig av atomkraftsmikroskopi(AFM) för att mäta diametern hos rören antar att den höjd-data man får fram är ett bra mått på den verkliga diametern hos rören. Baserat på tidiga, felaktiga beräkningar, antog man att kraften i ’tapping mode’ skulle vara mycket lägre än i ’contact mode’ vilket skulle leda till att man inte deformerar ytan man undersöker. Senare forskning visade att kraften mellan spets och prov kan vara lika stor eller rentutav större i tapping mode än i contact mode under det ögonblick då spetsen slår ner i provytan. Det medför att det finns en potentiell risk för att man deformerar kolnanorören när man mäter på dom vilket skulle resultera i att man får felaktiga värden på deras diametrar. Under det här projektet har kolnanorör som placerats på ett kisel-substrat undersökts för att analysera hur tre vanliga inställningar hos AFMet påverkar de erhållna värdena för diametern hos kolnanorören. De tre inställningarna som testats är svängnings-frekvensen, svängnings-amplituden i luft och börvärdet hos svängnings-amplituden.

Graphene and Carbon nanotubes (CNTs) have been researched for more than a decade due to their extraordinary properties and advantages towards applications like electronics, structural re-enforcements, thermal management and energy storage. Graphene-CNT hybrid structures have been predicted to further enhance the exceptional properties and overcome some of the shortcomings of the individual materials. Advantages of a structure consisting of vertically aligned carbon nanotubes (VACNTs) covalently bonded with graphene layers have been predicted to be especially favourable for applications like TIM, supercapacitors and battery electrodes. This project investigates two growth mechanisms for obtaining Graphene-VACNT structures using scalable processes. Shortcomings of previously done research on similar structures like graphene transfer and bad CNT alignment is solved. A novel growth mechanism is also investigated to set the foundation for research into a new approach to grow Graphene-CNT hybrid structures in the future. Chemical Vapor Deposition (CVD) was the method used to grow the graphene and CNT structures. The characterization was done using optical microscopy, Scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy. / Grafen- och kolnanorör (CNT) har forskats i mer än ett decennium på grund av deras extraordinära egenskaper och fördelar gentemot applikationer som elektronik, strukturförstärkning, termisk hantering och energilagring. Grafen-CNT hybridstrukturer har förutspåtts ytterligare förbättra de exceptionella egenskaperna och övervinna några av bristerna i de enskilda materialen. Fördelar med en struktur som består av vertikalt inriktade kolnanorör (VACNT) som är kovalent bundna med grafenskikt har förutspåtts vara särskilt fördelaktiga för applikationer som TIM, superkondensatorer och batterielektroder. Detta projekt undersöker två tillväxtmekanismer för att erhålla Graphene-VACNT-strukturer med hjälp av skalbara processer. Brister i tidigare utförd forskning om liknande strukturer som grafenöverföring och dålig CNT-anpassning är lösta. En ny tillväxtmekanism undersöks också för att lägga grunden för forskning om ett nytt tillvägagångssätt för att växa Graphene- CNT hybridstrukturer i framtiden. Chemical Vapor Deposition (CVD) var metoden som användes för att odla grafen- och CNT-strukturerna. Karakteriseringen gjordes med optisk mikroskopi, Scanning electron microscopy (SEM) och Raman-spektroskopi.

The use of Fibre Reinforced Polymer (FRP) composite materials in structural applications has increased in the past decades in high­performance sectors, such as in the automotive and aeronautic industries, for weight reduction purposes. However, FRP composite materials can offer more significant innovation potential. The application of CNTs in conjunction with composite material can allow the creation of multifunctional materials, relying on FRP for the structural side and CNT for the sensing ability. In this master thesis, the embedment of a Vertical Aligned Carbon Nanotube (VACNT) layer into the interlaminar region of Carbon Fibre (CF) laminates to provide polyvalent sensing ability to the material was investigated. In order to obtain accurate results, the sensor had to be isolated from the rest of the laminate. For this reason, the main problem to be solved in this project was the electrical isolation on the CNT layer and its contacts from the layers of CF laminate. This study aims to find a suitable isolation technique in order to apply the CNT sensor technology, developed in previous studies, into CF laminate. Although thought for aerospace applications, these sensors could be applied to different structural components in various fields. / Användningen av fiberförstärkta polymerer (FRP)-­kompositmaterial i strukturella applikationer har ökat under de senaste decennierna i högpresterande sektorer, såsom i fordons­ och flygindustrin, för viktminskningsändamål. FRP-­kompositmaterial kan dock erbjuda mer betydande innovationspotential. Användningen av CNTs i kombination med kompositmaterial kan möjliggöra skapandet av multifunktionella material, beroende på FRP för den strukturella sidan och CNT för avkänningsförmågan. I denna masteruppsats undersöktes inbäddningen av ett Vertical Aligned Carbon Nanotube (VACNT) lager i den interlaminära regionen av Carbon Fiber (CF) laminat för att ge polyvalent avkänningsförmåga till materialet. För att få exakta resultat måste sensorn isoleras från resten av laminatet. Av denna anledning var huvudproblemet som skulle lösas i detta projekt den elektriska isoleringen på CNT-­lagret och dess kontakter från lagren av CF­-laminat. Denna studie syftar till att hitta en lämplig isoleringsteknik för att tillämpa CNT­sensorteknologin, utvecklad i tidigare studier, i CF-­laminat. Även om de är tänkta för flygtillämpningar, kan dessa sensorer appliceras på olika strukturella komponenter inom olika områden.

By structural health monitoring (SHM) of composite structures, their sustainability, safety and economics can be improved. On one hand, it enables using components to their full life or having them replaced early before otherwise unforeseen failure. On the other hand, it may make structures lighter as designs with smaller safety margins would be possible. Cryogenic liquid hydrogen tanks for aircraft would need to become lighter to enable such fossil-free aviation, which could require SHM. Vertically aligned carbon nanotubes (VACNT) have been used as embedded sensors in composites for temperature and strain sensing while other architectures of nanotubes have been used to detect fatigue damage. In this work, VACNT embedded in carbon fibre/epoxy composites are cycled both thermally and mechanically to investigate their suitability to detect damage in composite cryogenic tanks. It was found VACNT retain their strain sensing ability after cycling to cryogenic temperatures and that a relationship of increasing electrical resistance to increased cycling and damage is possible. That indicates VACNT are suitable for SHM of cryogenic tanks, but more testing and better electrical insulation of the VACNT is needed to confirm this. / Genom att övervaka kompositstrukturers livslängd med structural health monitoring (SHM), kan miljöhållbarheten, säkerheten och ekonomin i att använda dem förbättras. Å ena sidan möjliggör det att komponenter används sin fulla livslängd eller ersätts innan annars oförutsedda skador leder till kollaps. Å andra sidan kan det göra strukturer lättare eftersom designer med mindre säkerhetsmarginaler vore möjliga. Kryotankar för flytande väte i flygplan behöver bli lättare för att möjliggöra sådant fossilfritt flygande, vilket skulle kunna kräva SHM. Vertikalt riktade kolnanorör (vertically aligned carbon nanotubes, VACNT) har använts som inbäddade temperatur- och töjningssensorer i kompositer och andra kolnanorörsmaterial har använts för att detektera utmattningsskador. I detta arbetet har VACNT inbäddat i kolfiber och epoxi cyklats både termiskt och mekaniskt för att undersöka dess lämplighet som sensorer för skadedetektering i kryotankar. Det konstaterades att VACNT behåller sin töjningsdetekteringsförmåga efter termisk cykling till kryotemperatur och att det är möjligt att ett förhållande om ökande resistans med ökande cykling och skada kan finnas. Det indikerar att VACNT vore lämpliga för SHM i kryotankar, men mer provning och bättre elektrisk isolering av VACNT behövs för att bekräfta det.