In-situ-Herstellung von Nanoröhren durch Tunneln

Kohlenstoffnanoröhrchen (carbon nanotubes, CNT) sind aufwendige Zylinder mit kleinem Durchmesser, die aus gerolltem Graphen bestehen, einer Kohlenstoffplatte mit der Dicke eines Atoms, verbunden in Wabengeometrie. CNT können in Länge, Dicke und Anzahl der Schichten variieren, insgesamt sind sie aber eine einzigartige Kombination von Festigkeit, Steifigkeit und elektrischer und thermischer Leitfähigkeit.

Die Anwendungen von CNT nehmen zu und die Möglichkeit, Großstrukturen aus CNT zu schaffen, etwa Seile und Matten, wird voraussichtlich erhebliche Auswirkungen auf eine Reihe von Branchen haben. Allerdings ist Herstellung solcher großen CNT-basierten Materialien eine ziemliche Herausforderung und steckt noch in den Kinderschuhen. Die Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts "In-situ fabrication of carbon nanotubes and bulk structures of designed configuration" (CNTBUS) erweiterten den Stand der Technik.

Eine vielversprechende Methode, die für die in-situ-Herstellung von CNT-Seilen entwickelt wird, ist die Verwendung von Nanopartikeln, um einen Tunnel durch kohlenstoffreiche PAN-Fasern (elektro Polyacrylnitril) zu bilden. PAN ist eine verbreitete Acrylfaser, ein synthetischer halbkristalliner organischer Polymerharz. CNTBUS wollte dieses Verfahren revolutionieren, indem Metallnanoteilchen in situ eingearbeitet werden, um die Fasern zu CNT mit hoher Festigkeit und großer Länge umwandeln.

Insbesondere wollte das Team einen Prozess entwickeln, bei dem Metallnanopartikel im Inneren von Kohlenstofffasern Tunnel bilden. Studien an mit Metallen beschichteten Kohlefasern lassen vermuten, dass ein loser Kern der Kohlefasern notwendig ist, um die Bewegung der Metallnanopartikel zu führen. Ferner scheint die Katalyse durch die Metallnanopartikel das Stapeln von Graphenschichten zur Bildung der CNT zu verursachen, aber die Mechanismen für die ordnungsgemäße Strukturierung sind weiterhin unklar.

Weitere Untersuchungen mit fortschrittlicher Transmissionselektronenmikroskopie sollen das Verfahren vollständig aufklären und so den Weg für die gut kontrollierte Synthese von CNT-Großstrukturen ebnen. Solche Strukturen werden voraussichtlich in einer Vielzahl von Anwendungen breite Anwendung finden, etwa für Superverstärkungen, Filter, Masken, Katalysatoren und Beschichtungen. Eine europäische Führungsrolle in diesen Bereichen wird große sozioökonomische Auswirkungen haben.