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31. Juli 2014
Einsatz von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) in der Materialentwicklung
Die wachsende Ressourcenknappheit erfordert technische Fortschritte bei der Material- und Produktentwicklung. Neben ökologischen und ökonomischen Aspekten müssen neue Materialien auch den wachsenden industriellen und technologischen Anforderungen gerecht werden.
Die Nanotechnologie gilt als der aussichtsreichste wissenschaftliche Durchbruch im Bereich der Materialentwicklung. Sie beschäftigt sich mit der Synthese und Strukturmodifizierung in der Größenordnung von 10-9 m. In dieser Größenordnung lassen sich an Stoffen oftmals verblüffende physikalisch-chemische Eigenschaften einstellen. Die gezielte Modifizierung im Nanometermaßstab erlaubt es, die Eigenschaften von Materialien grundlegend zu verändern, ihr Nutzungspotential mehrfach zu verbessern sowie ihr bisheriges Anwendungsgebiet zu erweitern.
Wichtigstes Werkzeug der Nanotechnologie bei der qualitativen Optimierung von Materialien sind Carbon Nanotubes (CNT / Kohlenstoff-Nanoröhrchen), zu deren Entwicklung bereits in den 90er Jahren erste Veröffentlichungen erschienen sind. Bei Kohlenstoff-Nanoröhrchen handelt es sich um zylinderförmig aufgerollte Graphenschichten der Dicke eines Kohlenstoff-Atoms. Der gemessene Durchmesser dieser Strukturen liegt im Nanometer-Bereich (ca. 4 Angström). Ihr Verhältnis von Länge zu Durchmesser kann bis zu 130.000.000:1 betragen - deutlich mehr als bei jedem anderen Material.
Dank ihrer Struktur verfügen Kohlenstoff-Nanoröhrchen über eine einmalige Kombination physikalischer Eigenschaften. Obgleich CNT unglaublich fest sind (200 Mal fester als Stahl bei einer signifikant geringeren Dichte von ca. 1/5), behalten sie ihre Flexibilität und Elastizität. Ebenso stellen die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit von CNT den Großteil der bekannten Materialien in den Schatten.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen setzen in ihrer Wirkung auf der molekularen Ebene an und können so die physikalischen Kennwerte von Materialien grundlegend verändern. Diese Eigenschaft kann in der Materialentwicklung effektiv eingesetzt werden.
Zahlreiche anwendungsnahe Forschungen haben gezeigt, dass die Einarbeitung äußerst geringer Mengen an Carbon Nanotubes in das Ausgangsmaterial entscheidende Materialeigenschaften verbessert, ohne andere Eigenschaften zu verschlechtern. Wichtig ist zudem, dass der Einsatz solcher
modifizierter Materialien keine grundlegenden Änderungen der bisherigen technologischen Prozesse verursachen. Schätzungen zufolge sind Carbon Nanotubes in der Lage, die Eigenschaften von 70% aller vorhandenen technologischen Materialien zu verbessern. Trotz ihres riesigen Potentials haben CNT gegenwärtig noch keine breite Anwendung in der Industrie gefunden. Grund hierfür sind die hohen Herstellkosten für qualitativ hochwertige Single- und Double-walled Carbon Nanotubes.
Besondere Aufmerksamkeit kommt vor allem den einwandigen CNT zu (Single Walled CNT = SWCNT), da sie die Eigenschaften von Materialien mit Abstand am stärksten beeinflussen können.
Mit den bisherigen Herstellungsmethoden liegt der Anteil an SWCNT innerhalb einer Charge bei ca. 10%. Der restliche Anteil besteht aus mehrwandigen CNT (MWCNT), die die Eigenschaften der Materialien bei weitem nicht so stark beeinflussen können wie die SWCNT. Zur Trennung der ein- und mehrwandigen CNT werden Sortierverfahren eingesetzt, die extrem kostenintensiv sind. Dadurch sind das Einsatzspektrum und die Wirtschaftlichkeit der SWCNT entsprechend eingeschränkt. Bisher lag der Marktpreis bei ca. USD 40.000/Kg für SWCNT und DWCNT. Zum Vergleich: Platin kostet aktuell USD 45.000/Kg.
Unser Kunde OCSiAl hat ein Herstellungsverfahren patentiert, in dem der Chargenanteil der SWCNT bei ca. 75% liegt. Mit einer Produktion von ca. 10t/Jahr wird der Einsatz von ein- und zweiwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen für eine breite Anwendung erstmals wirtschaftlich plausibel.
OCSiAl führt mit großen Technologiefirmen aus der ganzen Welt Entwicklungsprojekte in den genannten Anwendungsgebieten durch und ist bereits in der Lage, überzeugende Ergebnisse zu präsentieren... (weiterlesen)
Ihr Ansprechpartner bei BUSSE:
Patrick David, Entwicklungsleiter
Tel. +49 (0) 73 08 / 81 14 99-0
david@busse-design.com
Ihr Ansprechpartner bei OCSiAl Ltd:
Bernd Runge, Vice President Europe
Tel. +49 (0) 30 47494143
bernd.runge@ocsial.com
http://en.ocsial.com/
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