Kohlenstoff-Nanoröhrchen in höchster Reinheit
Neues Herstellungsverfahren erlaubt die Produktion größerer Mengen
Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon Nanotubes, CNT) können erstmals in höchster Qualität und deutlich preiswerter als bisher im industriellen Maßstab hergestellt werden. Unter dem Handelsnamen Baytubes® wird die Bayer MaterialScience AG die nanoskaligen Materialien weltweit vermarkten. Das neue Verfahren zur Herstellung von Baytubes® wurde zusammen mit der Bayer Technology Services GmbH entwickelt, die im Bayer-Konzern das Know-how über Prozesstechnologie bündelt. Der hohe Preis von bis zu 1.000 Euro pro Kilogramm und die schwankende Produktqualität verhinderten bisher eine breitere Verwendung.
"Wir erreichen erstmals eine konstante Material-Reinheit von über 99 Prozent und können gleichzeitig die Herstellkosten erheblich reduzieren", sagt Martin Schmid, Leiter des Carbon Nanotubes Projekts bei Bayer MaterialScience. "Bereits ein Zusatz kleiner Mengen Baytubes® kann einem Kunststoff-Kotflügel eine so hohe Leitfähigkeit verleihen, dass er ohne weitere Vorbehandlung mit umweltverträglichen wässrigen oder Pulverlacken beschichtet werden kann. Auf ähnliche Weise lassen sich Folien für antistatische Verpackungen, zum Beispiel für hochwertige Elektronikbauteile, herstellen." Eine andere Möglichkeit ist die elektromagnetische Abschirmung (EMI shielding) von Computer- und Mobiltelefongehäusen. In Zukunft könnten CNTs für eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit der Keramikbauteile in Turbinen sorgen.
"Bei Carbon Nanotubes der Marke Baytubes® handelt es sich um mehrwandige Röhrchen, die aus bis zu 15 Graphitschichten aufgebaut sind. Chemisch gesehen bestehen sie aus dem gleichen Material wie eine Bleistiftmine", erklärt Dr. Sigurd Buchholz, der das Projekt bei Bayer Technology Services leitet. "Die Nanoröhrchen haben einen mittleren Durchmesser von maximal 50 Nanometer und sind damit einige 10.000mal dünner als ein menschliches Haar. Würde man ein solches Nanoröhrchen auf die Größe eines Strohhalms vergrößern, hätte es eine Länge von bis zu 250 Metern." Abhängig von der Wahl des Katalysators können für jede Anwendung maßgeschneiderte CNTs erzeugt werden, die sich in Durchmesser, Länge und Wandstärke unterscheiden.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen wurden vor rund 15 Jahren entdeckt und haben sich wegen ihrer erstaunlichen Eigenschaften als sehr leistungsfähiges Material entpuppt. Es widersteht mechanischen Spannungen 60mal besser als Stahl, bringt aber nur ein Sechstel von dessen Gewicht auf die Waage. Es leitet Wärme besser als Diamant, ist aber unempfindlich gegen Hitze und reagiert je nach molekularer Struktur wie ein elektrischer Leiter oder Halbleiter. Die Erklärung für diese Eigenschaften liegt in der molekularen Struktur der Nanoröhrchen: Die Kohlenstoffatome in der Röhrenwand bilden ein regelmäßiges Sechseck-Gitter, vergleichbar den Waben eines Bienenstocks. Diese Anordnung verleiht den Röhrchen eine sehr hohe mechanische Stabilität. Wenn die Sechseck-Kanten parallel zur Zylinderachse ausgerichtet sind - wie bei einwandigen Nanotubes -, leitet das Material den elektrischen Strom viel besser als Kupfer. Bei senkrechter Anordnung verhält es sich wie ein Halbleiter. Deshalb sind CNTs ideal geeignet für Elektroden und hoch getaktete Transistoren.
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