Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) sind zylindrische Strukturen aus Kohlenstoffatomen, die sich durch Durchmesser im Nanometerbereich und Längen von Mikrometern bis Zentimetern auszeichnen. Diese Materialien weisen eine außergewöhnliche mechanische Festigkeit auf, die die von Stahl und anderen herkömmlichen Fasern übertrifft, was sie für verschiedene Anwendungen wie Verbundwerkstoffe für Strukturmaterialien, Sportgeräte, Luft- und Raumfahrtkomponenten und Automobilteile sehr wertvoll macht.
CNT lassen sich anhand ihrer Struktur und Eigenschaften in drei Haupttypen einteilen:
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Einzelwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (SWCNTs): Sie bestehen aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet und zu einem nahtlosen Rohr gerollt sind. SWCNTs sind für ihre hohe elektrische Leitfähigkeit bekannt und werden häufig in elektronischen Geräten, Sensoren und Energiespeicheranwendungen eingesetzt.
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Mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen (MWCNTs): Im Gegensatz zu SWCNTs bestehen MWCNTs aus mehreren Schichten von Kohlenstoffgittern, die ineinander verschachtelt sind und konzentrische Zylinder bilden. Diese Struktur verleiht den MWCNTs etwas andere Eigenschaften als den SWCNTs, darunter eine höhere thermische Stabilität und mechanische Festigkeit, wodurch sie sich für Anwendungen eignen, die robuste Materialien erfordern.
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Dünnwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen (FWCNTs): Sie bilden einen Mittelweg zwischen SWCNTs und MWCNTs und bestehen in der Regel aus wenigen Schichten (in der Regel drei bis fünf) von Kohlenstoffgittern. FWCNTs vereinen einige der Eigenschaften von SWCNTs und MWCNTs und bieten ein ausgewogenes Verhältnis von elektrischer Leitfähigkeit und mechanischer Festigkeit.
Die Synthese von CNTs erfolgt überwiegend durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), eine Methode, die die Herstellung hochwertiger Nanoröhren mit kontrollierten Eigenschaften ermöglicht. Die Skalierbarkeit der CNT-Produktion stellt jedoch nach wie vor eine große Herausforderung dar, so dass weitere Fortschritte bei den Synthesetechniken und Nachbearbeitungstechnologien erforderlich sind, um ihre Dispersion und Integration in verschiedene Materialien und Anwendungen zu optimieren.
Die einzigartigen Eigenschaften der CNT, die sich aus ihrer Kohlenstoffhybridisierung und -struktur ergeben, machen sie zu vielseitigen Materialien für eine breite Palette von Anwendungen, von der Elektronik und Energiespeicherung bis hin zu biomedizinischen Wissenschaften und Umweltsanierung. Ihr Potenzial ist enorm, aber um die Vorteile von CNTs voll auszuschöpfen, müssen die Hürden bei ihrer großtechnischen Herstellung und Integration in bestehende Technologien überwunden werden.
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