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Carbon Nanotubes Massenproduktion von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren

| Redakteur: Kristin Rinortner

Forscher des Fraunhofer IWS Dresden ist es gelungen, kostengünstig einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) für industrielle Anwendungen herzustellen. Die Durchmesser liegen zwischen 1,0 und 1,6 nm.

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Bild 1: Isotropes Nanovlies aus einwandigen Kohlenstoffnanoröhren
Bild 1: Isotropes Nanovlies aus einwandigen Kohlenstoffnanoröhren
(Bild: Fraunhofer IWS Dresden)

Im Rahmen der Innovationsallianz Carbon Nanotubes – CNT hat das Fraunhofer IWS Dresden ein speziell für die Massenproduktion von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren geeignetes Verfahren entwickelt. Die Kohlenstoff-Nanoröhren werden dabei während einer gepulsten Lichtbogenverdampfung von Kohlenstoff in einem Reaktor erzeugt. Die Durchmesser der gewonnenen Kohlenstoff-Nanoröhren liegen zwischen 1,0 und 1,6 nm. Dies entspricht etwa 1/10 000 des Durchmessers des menschlichen Haares. Die Röhrenlänge liegt nach der Herstellung im Bereich mehrerer Mikrometer. Kohlenstoff-Nanoröhren weisen nach ihrer Herstellung, abhängig von ihrem Durchmesser, halbleitende oder metallische Leitfähigkeit auf.

Das Verhältnis von halbleitenden zu metallisch leitenden Kohlenstoff-Nanoröhren liegt im Allgemeinen bei zwei Dritteln zu einem Drittel. Dieses Verhältnis kann mit dem Verfahren gezielt variiert werden. Zudem sollen die Kohlenstoff-Nanoröhren eine sehr niedrige Defektdichte aufweisen, d.h. die hexagonale Atomanordnung ist kaum gestört.

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Das Dresdener Fraunhofer-Institut ist derzeit eines der wenigen Einrichtungen weltweit, das einwandige Kohlenstoffnanoröhren im kg-Maßstab herstellen kann. Für die industrielle Massenproduktion erscheine das Verfahren sehr aussichtsreich, ließ die Institutsleitung verlauten.

Elektrische und mechanische Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhren

Bei metallischen einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren 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 Kohlenstoffnanoröhre kann bis zu 5-mal höher als der einer Karbonfaser sein und ihre Zugfestigkeit kann bis zum 10-fachen einer Karbonfaser betragen.

Der Forschungsschwerpunkt in Dresden liegt bei elektronischen Anwendungen der einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren. Die besonders gute elektrische Leitfähigkeit habe ein großes Anwendungspotenzial in der Photovoltaik als transparente leitfähige Schichten. Des Weiteren wird an der Herstellung elektrisch leitender Tinten gearbeitet, die zum direkten Drucken von Leiterbahnen mit handelsüblichen Tintenstrahldruckern geeignet sind.

Starkes Wachstum des Marktes für Carbon Nanaotubes erwartet

Marktprognosen gehen von einem starken Wachstum der Produktion von Kohlenstoff-Nanoröhren aus. Da seit Jahren auf diesem Gebiet geforscht wird, sind bereits erste Produkte – insbesondere im Bereich von Polymerkompositen für Sportgeräte – auf dem Markt. Weitere Produktverbesserungen beim Einsatz als Verbundwerkstoff in Polymerwerkstoffen stehen kurz vor ihrer Markteinführung. In Verbindung mit der kostengünstigen Massenfertigung von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren sind eine Vielzahl neuer Applikationen im Bereich Aktorik und Sensorik denkbar.

Die Herstellung, Funktionalisierung und Anwendung von Kohlenstoff-Nanoröhren ist ein Schwerpunkt der diesjährigen Nanofair, die vom 12. bis 13. Juni 2012 im Internationalen Kongresszentrum Dresden stattfindet. //

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