The mechanical response of 15 single wall carbon nanotube (SWCNT) ropes under tensile load was measured. For 8 of these ropes strain data were obtained and they broke at strain values of 5.3% or lower. The force-strain data are well fit by a model that assumes the load is carried by the SWCNTs on the perimeter of each rope. This model provides an average breaking strength of SWCNTs on the perimeter of each rope; the 15 values range from 13 to 52 GPa (mean 30 GPa). Based on the same model the 8 average Young's modulus values determined range from 320 to 1470 GPa (mean 1002 GPa).

Single-walled carbon nanotubes (SWCNT) are new materials of emerging technological importance. As SWCNT are introduced into the life cycle of commercial products, their effects on human health and environment should be addressed. We demonstrated that pharyngeal aspiration of SWCNT elicited unusual pulmonary effects in C57BL/6 mice that combined a robust but acute inflammation with early onset yet progressive fibrosis and granulomas. A dose-dependent increase in the protein, LDH, and γ-glutamyl transferase activities in bronchoalveolar lavage were found along with accumulation of 4-hydroxynonenal (oxidative biomarker) and depletion of glutathione in lungs. An early neutrophils accumulation ( day 1), followed by lymphocyte ( day 3) and macrophage ( day 7) influx, was accompanied by early elevation of proinflammatory cytokines (TNF-α, IL-1β; day 1) followed by fibrogenic transforming growth factor (TGF)-β1 (peaked on day 7). A rapid progressive fibrosis found in mice exhibited two distinct morphologies: 1) SWCNT-induced granulomas mainly associated with hypertrophied epithelial cells surrounding SWCNT aggregates and 2) diffuse interstitial fibrosis and alveolar wall thickening likely associated with dispersed SWCNT. In vitro exposure of murine RAW 264.7 macrophages to SWCNT triggered TGF-β1 production similarly to zymosan but generated less TNF-α and IL-1β. SWCNT did not cause superoxide or NO·production, active SWCNT engulfment, or apoptosis in RAW 264.7 macrophages. Functional respiratory deficiencies and decreased bacterial clearance ( Listeria monocytogenes) were found in mice treated with SWCNT. Equal doses of ultrafine carbon black particles or fine crystalline silica (SiO 2 ) did not induce granulomas or alveolar wall thickening and caused a significantly weaker pulmonary inflammation and damage.

Nanomaterials are frontier technological products used in different manufactured goods. Because of their unique physicochemical, electrical, mechanical, and thermal properties, single-walled carbon nanotubes (SWCNT) are finding numerous applications in electronics, aerospace devices, computers, and chemical, polymer, and pharmaceutical industries. SWCNT are relatively recently discovered members of the carbon allotropes that are similar in structure to fullerenes and graphite. Previously, we ( 47 ) have reported that pharyngeal aspiration of purified SWCNT by C57BL/6 mice caused dose-dependent granulomatous pneumonia, oxidative stress, acute inflammatory/cytokine responses, fibrosis, and decrease in pulmonary function. To avoid potential artifactual effects due to instillation/agglomeration associated with SWCNT, we conducted inhalation exposures using stable and uniform SWCNT dispersions obtained by a newly developed aerosolization technique ( 2 ). The inhalation of nonpurified SWCNT (iron content of 17.7% by weight) at 5 mg/m 3 , 5 h/day for 4 days was compared with pharyngeal aspiration of varying doses (5–20 μg per mouse) of the same SWCNT. The chain of pathological events in both exposure routes was realized through synergized interactions of early inflammatory response and oxidative stress culminating in the development of multifocal granulomatous pneumonia and interstitial fibrosis. SWCNT inhalation was more effective than aspiration in causing inflammatory response, oxidative stress, collagen deposition, and fibrosis as well as mutations of K- ras gene locus in the lung of C57BL/6 mice.

Polystyrene nanocomposites with functionalized single-walled carbon nanotubes (SWNTs), prepared by the in-situ generation and reaction of organic diazonium compounds, were characterized using melt-state linear dynamic viscoelastic measurements. These were contrasted to the properties of polystyrene composites prepared with unfunctionalized SWNTs at similar loadings. The functionalized nanocomposites demonstrated a percolated SWNT network structure at concentrations of 1 vol % SWNT, while the unfunctionalized SWNT-based composites at twice the loading of SWNT exhibited viscoelastic behavior comparable to that of the unfilled polymer. This formation of the SWNT network structure for the functionalized SWNT-based composites is because of the improved compatibility between the SWNTs and the polymer matrix and the resulting better dispersion of the SWNT.

Advances in the synthesis and scalable manufacturing of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) remain critical to realizing many important commercial applications. Here we review recent breakthroughs in the synthesis of SWCNTs and highlight key ongoing research areas and challenges. A few key applications that capitalize on the properties of SWCNTs are also reviewed with respect to the recent synthesis breakthroughs and ways in which synthesis science can enable advances in these applications. While the primary focus of this review is on the science framework of SWCNT growth, we draw connections to mechanisms underlying the synthesis of other 1D and 2D materials such as boron nitride nanotubes and graphene.