Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes, CNT) können mit verschiedenen Methoden synthetisiert werden, darunter Laserverdampfung, chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD).
Bei der Laserverdampfung wird ein Kohlenstofftarget, das in der Regel mit einem Katalysator vermischt ist, mit einem Hochleistungslaser in einem Hochtemperaturofen verdampft.
Der verdampfte Kohlenstoff kondensiert dann und bildet Nanoröhren.
Diese Methode ist dafür bekannt, dass sie qualitativ hochwertige einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (SWCNTs) mit kontrollierbaren Eigenschaften erzeugt.
Wie Kohlenstoff-Nanoröhren mit der Laserverdampfungsmethode synthetisiert werden: 5 Schlüsseleigenschaften und Anwendungen
1. Synthese durch Laserverdampfung
Bei der Laserverdampfungsmethode wird ein gepulster Laser, z. B. ein CO2- oder Nd:YAG-Laser, verwendet, um ein Graphittarget, das eine geringe Menge eines Metallkatalysators (z. B. Eisen, Kobalt oder Nickel) enthält, in einem Quarzofen auf Temperaturen von etwa 1200 °C bis 1400 °C zu erhitzen.
Die intensive Energie des Lasers verdampft den Graphit und die Katalysatorteilchen, die sich dann in den kühleren Bereichen des Ofens rekombinieren und kondensieren, um Kohlenstoffnanoröhren zu bilden.
Diese Methode ermöglicht die Herstellung hochreiner SWCNTs mit relativ gleichmäßigen Durchmessern und Längen, wodurch sie sich für verschiedene Anwendungen eignen.
2. Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhren
Kohlenstoff-Nanoröhren weisen aufgrund ihrer einzigartigen Struktur außergewöhnliche Eigenschaften auf.
Sie bestehen aus aufgerollten Graphenblättern, die ihnen außergewöhnliche mechanische Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit verleihen.
CNTs sind fester als Stahl und leichter als Aluminium und haben eine elektrische Leitfähigkeit, die mit der von Kupfer konkurrieren kann.
Ihre Wärmeleitfähigkeit ist ebenfalls sehr hoch und mit der von Diamant vergleichbar.
Diese Eigenschaften machen CNTs ideal für eine Vielzahl von Anwendungen.
3. Anwendungen von Carbon Nanotubes
Strukturelle Materialien
Aufgrund ihrer hohen Festigkeit und ihres geringen Gewichts werden CNT in Verbundwerkstoffen eingesetzt, um die mechanischen Eigenschaften von Materialien zu verbessern, die in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und in Sportgeräten verwendet werden.
Elektronik
CNTs können aufgrund ihrer kontrollierbaren Bandlücke und ihrer hohen Ladungsträgerbeweglichkeit als Halbleiter in elektronischen Geräten, einschließlich Transistoren, eingesetzt werden.
Energiespeicherung
CNT werden in Batterien und Superkondensatoren eingesetzt, um die Energiespeicherkapazität und die Lade-/Entladeraten zu verbessern.
Biomedizinische Anwendungen
CNT können für den Einsatz in der Medikamentenverabreichung, der Gewebezüchtung und der Biosensorik funktionalisiert werden.
Feldemission
CNTs werden aufgrund ihrer hervorragenden Feldemissionseigenschaften in Feldemissionsdisplays (FEDs) und Elektronenquellen eingesetzt.
Schlussfolgerung
Das Laserverdampfungsverfahren ist eine leistungsstarke Technik zur Synthese hochwertiger Kohlenstoffnanoröhren mit präziser Kontrolle über ihre Eigenschaften.
Die einzigartigen Eigenschaften der CNTs, darunter ihre mechanische Festigkeit sowie ihre elektrische und thermische Leitfähigkeit, machen sie vielseitig einsetzbar für zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Branchen.
Da die Forschung die Synthese und Funktionalisierung von CNTs weiter verfeinert, werden ihre Einsatzmöglichkeiten voraussichtlich noch weiter zunehmen.
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