Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) können an der Luft Temperaturen von bis zu 500 °C aushalten, bevor sie zu oxidieren und sich abzubauen beginnen. Diese Temperaturschwelle ist entscheidend für die Herstellung und Anwendung von CNTs, insbesondere in Umgebungen, in denen eine Exposition gegenüber Luft unvermeidlich ist.
Ausführliche Erläuterung:
-
Oxidation von Graphit und CNTs:
-
Graphit, das Material, aus dem CNTs gewonnen werden, ist sauerstoffempfindlich und beginnt zu oxidieren, wenn es bei Temperaturen um 500 °C (932 °F) der Luft ausgesetzt wird. Dieser Oxidationsprozess kann zu einem schnellen Masseverlust führen, der unter bestimmten Bedingungen bis zu 1 % pro Tag betragen kann. Wenn das Material dauerhaft hohen Temperaturen an der Luft ausgesetzt ist, verliert es an Dicke und versagt schließlich strukturell. Diese Eigenschaft von Graphit wirkt sich direkt auf die Stabilität und Langlebigkeit von CNTs aus, wenn sie ähnlichen Bedingungen ausgesetzt sind.Betriebstemperaturen und -umgebungen:
-
Die Betriebstemperaturen für Graphit und damit auch für CNTs können in kontrollierten Umgebungen mit reduziertem Sauerstoffgehalt oder unter Vakuum deutlich höher sein. So kann Graphit bei einem Druck von bis zu 10-2 Torr bei bis zu 2450 °C (4442 °F) und bei 10-4 Torr bei bis zu 2150 °C (3902 °F) eingesetzt werden. Diese Bedingungen sind für die meisten praktischen Anwendungen von CNT in Luft nicht typisch, aber sie zeigen das Potenzial für höhere Temperaturen unter kontrollierten Bedingungen.
-
Vorbereitungstechniken und Temperaturkontrolle:
Bei der Herstellung von CNT kommen häufig Techniken wie die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) zum Einsatz, die die erforderlichen Substrattemperaturen für das Wachstum hochwertiger CNT senken können. Bisher waren Temperaturen von über 800 °C erforderlich, doch dank der Fortschritte bei der PECVD ist das Wachstum von CNTs bei Temperaturen von nur 120 °C möglich. Durch diese Temperatursenkung werden nicht nur die Beschränkungen bei den verwendbaren Materialien und Substraten gelockert, sondern auch die Integrität der CNTs erhalten, da die Hochtemperaturoxidationszone vermieden wird.
Auswirkungen auf die Anwendungen:
