Kohlenstoff-Nanomaterialien, darunter Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT), Graphen und andere, werden aufgrund ihrer einzigartigen thermischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften häufig verwendet. Diese Materialien werden in verschiedenen Bereichen wie Elektronik, Energiespeicherung, Verbundwerkstoffe und Biomedizin eingesetzt.
Elektronik: Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) werden in elektronischen Anwendungen wie Speichern, Sensoren und transparenten leitfähigen Folien eingesetzt. Aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit und mechanischen Festigkeit eignen sie sich ideal zur Verbesserung der Leistung elektronischer Geräte. Einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWCNTs) sind aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften besonders vielversprechend und eignen sich besser für bestimmte elektronische Anwendungen als mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs).
Energiespeicherung: CNTs spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Effizienz von Lithium-Ionen-Batterien. Sie werden sowohl in den Kathoden- als auch in den Anodenmaterialien verwendet und erhöhen die Kapazität und Lebensdauer der Batterien. Darüber hinaus werden CNT in Kondensatoren eingesetzt, um deren Energiespeicherfähigkeit zu verbessern.
Verbundwerkstoffe: In der Materialwissenschaft werden CNT als Additive in Polymermatrizen und faserverstärkten Polymerverbundwerkstoffen eingesetzt. Sie verbessern die mechanischen Eigenschaften, wie z. B. die interlaminare Festigkeit, erheblich und erhöhen die elektrostatische Ableitfähigkeit. Zu den Anwendungen gehören Automobilteile, Komponenten für die Luft- und Raumfahrt und Sportgeräte.
Biomedizinische und medizinische Wissenschaften: Kohlenstoffnanomaterialien werden auf ihr Potenzial für die Verabreichung von Medikamenten, die Bildgebung und die Gewebezüchtung untersucht. Ihre geringe Größe und einzigartigen Eigenschaften ermöglichen die gezielte Verabreichung von Medikamenten und einen verbesserten Bildgebungskontrast.
Umweltanwendungen: CNTs werden aufgrund ihrer großen Oberfläche und Adsorptionsfähigkeit in Membranen und Abwasseraufbereitungssystemen eingesetzt. Sie können Verunreinigungen wirksam aus dem Wasser entfernen, was sie für die Umweltsanierung wertvoll macht.
Katalyse: Kohlenstoff-Nanomaterialien, insbesondere Graphen und Kohlenstoff-Nanoröhren, werden in der heterogenen Katalyse eingesetzt. Ihre große Oberfläche und ihre Fähigkeit, Metallnanopartikel zu tragen, machen sie zu effektiven Katalysatorträgern, die die Effizienz verschiedener chemischer Reaktionen erhöhen.
Die Synthese dieser Kohlenstoff-Nanomaterialien erfolgt in erster Linie durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), die eine skalierbare Produktion ermöglicht. Die Herausforderungen bestehen jedoch weiterhin darin, eine gleichmäßige Dispersion und die Integration in bestehende Herstellungsverfahren zu erreichen. Trotz dieser Herausforderungen wird erwartet, dass der Markt für Kohlenstoff-Nanomaterialien aufgrund des technologischen Fortschritts und der steigenden Nachfrage in verschiedenen Branchen erheblich wachsen wird.
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