Kohlenstoff-Nanoröhrensind unglaubliche Dinge.Sie können stärker als Stahl sein und gleichzeitig dünner als ein menschliches Haar.

Sie sind zudem äußerst stabil, leicht und verfügen über unglaubliche elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften.Aus diesem Grund bergen sie das Potenzial für die Entwicklung vieler interessanter zukünftiger Materialien.

Sie könnten auch der Schlüssel zum Bau der Materialien und Strukturen der Zukunft sein, wie zum Beispiel Weltraumaufzüge.

Hier untersuchen wir, was sie sind, wie sie hergestellt werden und welche Anwendungen sie haben.Dies erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und soll lediglich als schneller Überblick dienen.

Was sindKohlenstoff-Nanoröhrenund ihre Eigenschaften?

Kohlenstoffnanoröhren (kurz CNTs) sind, wie der Name schon sagt, winzige zylindrische Strukturen aus Kohlenstoff.Aber nicht irgendein Kohlenstoff, CNTs bestehen aus aufgerollten Schichten einer einzelnen Schicht von Kohlenstoffmolekülen namens Graphen.

Sie kommen in der Regel in zwei Hauptformen vor:

1. Einwandige Kohlenstoffnanoröhren(SWCNTs) – Diese haben in der Regel einen Durchmesser von weniger als 1 nm.

2. Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren(MWCNTs) – Diese bestehen aus mehreren konzentrisch miteinander verbundenen Nanoröhren und haben in der Regel Durchmesser, die mehr als 100 nm erreichen können.

In beiden Fällen können CNTs variable Längen zwischen mehreren Mikrometern und Zentimetern haben.

Da die Röhren ausschließlich aus Graphen bestehen, teilen sie viele seiner interessanten Eigenschaften.CNTs beispielsweise sind mit sp2-Bindungen verbunden – diese sind auf molekularer Ebene extrem stark.

Kohlenstoffnanoröhren haben auch die Tendenz, sich über Van-der-Waals-Kräfte zusammenzuschließen.Dadurch verfügen sie über eine hohe Festigkeit und ein geringes Gewicht.Sie neigen auch dazu, elektrisch und thermisch gut leitende Materialien zu sein.

„Einzelne CNT-Wände können metallisch oder halbleitend sein, abhängig von der Ausrichtung des Gitters in Bezug auf die Röhrenachse, die man Chiralität nennt.“

Kohlenstoffnanoröhren verfügen außerdem über weitere erstaunliche thermische und mechanische Eigenschaften, die sie für die Entwicklung neuer Materialien attraktiv machen.

Was bewirken Kohlenstoffnanoröhren?

Wie wir bereits gesehen haben, haben Kohlenstoffnanoröhren einige sehr ungewöhnliche Eigenschaften.Aus diesem Grund haben CNTs viele interessante und vielfältige Anwendungen.

Laut Wikipedia über Science Direct überstieg die Produktion von Kohlenstoffnanoröhren im Jahr 2013 tatsächlich mehrere tausend Tonnen pro Jahr.Diese Nanoröhren haben viele Anwendungen, einschließlich der Verwendung in:

• Energiespeicherlösungen
• Gerätemodellierung
• Verbundstrukturen
• Automobilteile, möglicherweise auch in Autos mit Wasserstoff-Brennstoffzellen
• Bootsrümpfe
• Sportwaren
• Wasserfilter
• Dünnschichtelektronik
• Beschichtungen
• Aktuatoren
• Elektromagnetische Abschirmung
• Textilien
• Biomedizinische Anwendungen, einschließlich Tissue Engineering von Knochen und Muskeln, chemische Abgabe, Biosensoren und mehr

Was sindmehrwandige Kohlenstoffnanoröhren?

Wie wir bereits gesehen haben, handelt es sich bei mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren um solche Nanoröhren, die aus mehreren konzentrisch miteinander verbundenen Nanoröhren bestehen.Sie neigen dazu, Durchmesser zu haben, die mehr als 100 nm erreichen können.

Sie können eine Länge von mehr als einem Zentimeter erreichen und weisen in der Regel ein Seitenverhältnis zwischen 10 und 10 Millionen auf.

Mehrwandige Nanoröhren können zwischen 6 und 25 oder mehr konzentrischen Wänden enthalten.

MWCNTs verfügen über einige hervorragende Eigenschaften, die in einer Vielzahl kommerzieller Anwendungen genutzt werden können.Diese beinhalten :

• Elektrisch: MWNTs sind hochleitfähig, wenn sie richtig in eine Verbundstruktur integriert sind.Es ist zu beachten, dass nur die Außenwand leitend ist, die Innenwände haben keinen Einfluss auf die Leitfähigkeit.
• Morphologie: MWNTs haben ein hohes Aspektverhältnis, wobei die Länge typischerweise mehr als das Hundertfache des Durchmessers beträgt und in bestimmten Fällen sogar viel höher ist.Ihre Leistung und Anwendung basieren nicht nur auf dem Aspektverhältnis, sondern auch auf dem Grad der Verflechtung und der Geradheit der Rohre, die wiederum eine Funktion sowohl des Ausmaßes als auch der Größe der Defekte in den Rohren ist.
• Physikalisch: Defektfreie, individuelle MWNTs verfügen über eine hervorragende Zugfestigkeit und können bei Integration in einen Verbundwerkstoff, beispielsweise in thermoplastische oder duroplastische Verbindungen, dessen Festigkeit erheblich erhöhen.