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Carbon Nanotubes Defektarme einwandige Carbon Nanotubes in großen Mengen

| Redakteur: Manja Wühr

Im Rahmen der "Innovationsallianz Carbon Nanotubes - CNT" – gefördert durch das BMBF – haben Forscher des Fraunhofer IWS Dresden ein speziell für die Massenproduktion von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren geeignetes Verfahren entwickelt.

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Kohlenstoffnanoröhrenbündel (Längsansicht)
Kohlenstoffnanoröhrenbündel (Längsansicht)
(Bild: Fraunhofer IWS)

Dresden – Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden erzeugen einwandige Carbon Nanotubes während einer gepulsten Lichtbogenverdampfung von Kohlenstoff in einem Reaktor. Die Durchmesser der gewonnenen Kohlenstoffnanoröhren liegen zwischen 1,0 bis 1,6 nm. Die Röhrenlänge liegt nach der Herstellung im Bereich mehrerer Mikrometer.

Die gewonnenen Carbon Nanotubes besitzen, in Abhängigkeit ihres Durchmessers, halbleitende oder metallische Leitfähigkeit. Das Verhältnis von halbleitenden zu metallisch leitenden Kohlenstoffnanoröhren liegt im Allgemeinen bei zwei Dritteln zu einem Drittel. Dieses Verhältnis kann jedoch mit dem am Fraunhofer IWS entwickelten Verfahren gezielt variiert werden. Zudem haben die Nanotubes eine sehr niedrige Defektdichte. Sie weisen also kaum Störungen in der hexagonalen Atomanordnung auf.

Carbon Nanotubes ermöglichen Produkt-Neuentwicklungen

Das Fraunhofer IWS ist nach eigenen Angaben derzeit eines der wenigen Institute weltweit, das einwandige Carbon Nanotubes im kg-Maßstab herstellen kann. Für die industrielle Massenproduktion erscheint das Verfahren sehr aussichtsreich. Das erlaubt die Entwicklung attraktiver Anwendungen auf Basis der elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften.

Bei metallischen einwandigen Kohlenstoffnanoröhren beispielsweise liegt die zulässige Stromdichte, das heißt die Ladungsträgeranzahl, die pro Zeiteinheit durch einen definierten Leiter fließen darf, um ein 1000-faches über der des Kupfers. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt etwa das 15-fache von Kupfer. Der E-Modul einer einzelnen Nanotube kann bis zu 5-mal höher als der einer Karbonfaser sein und ihre Zugfestigkeit kann bis zum 10-fachen einer Karbonfaser betragen. Einwandige Kohlenstoffnanoröhren sind also ein Hochtechnologiewerkstoff, der neuartige Produktentwicklungen ermöglicht.

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