Bei der Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) kommen hauptsächlich drei Verfahren zum Einsatz: Laserablation, Bogenentladung und chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Unter diesen Verfahren hat sich die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) aufgrund ihrer Skalierbarkeit und der Kontrolle über die Eigenschaften des Produkts als das vorherrschende kommerzielle Verfahren durchgesetzt. Bei der CVD werden Kohlenwasserstoffgase bei hohen Temperaturen an einem Metallkatalysator zersetzt, was das Wachstum der CNT ermöglicht. Zur Verbesserung des Verfahrens wurden auch modifizierte CVD-Verfahren wie die katalytische chemische Gasphasenabscheidung mit Kohlenmonoxid entwickelt.
Neue Trends in der CNT-Produktion konzentrieren sich auf die Verwendung von umweltfreundlichen Rohstoffen oder Abfallstoffen. Eine bemerkenswerte Methode ist die Elektrolyse von Kohlendioxid in geschmolzenen Salzen, bei der CO2 aufgefangen und in CNTs umgewandelt wird. Diese Methode wirft jedoch Bedenken hinsichtlich der Qualität der produzierten CNTs auf. Ein weiterer Ansatz ist die Methanpyrolyse, bei der Methan thermisch zu Wasserstoff und festem Kohlenstoff, einschließlich CNTs, zersetzt wird. Diese Methode wird von Unternehmen wie CarbonMeta Technologies und Huntsman erforscht, die Methanabfälle nutzen und damit Kohlenstoffemissionen binden wollen.
Bei der Synthese von CNTs geht es nicht nur um den Produktionsprozess, sondern auch um wichtige Überlegungen zur Funktionalisierung, Reinigung, Trennung und Integration. Diese Nachbearbeitungsschritte sind für die erfolgreiche Anwendung von CNTs in verschiedenen Industriezweigen von entscheidender Bedeutung. Die Forschung in diesem Bereich umfasst den Vergleich der Eigenschaften verschiedener CNT-Typen (mehrwandig, dünnwandig und einwandig) und Fortschritte in der Dispersionstechnologie, die für den Markterfolg entscheidend sind.
Technologische Fortschritte in der CNT-Produktion, wie die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), haben das Wachstum von CNTs bei niedrigeren Temperaturen und mit größerer Kontrolle über ihren Durchmesser und ihre Ausrichtung ermöglicht. PECVD ist ein komplexes Verfahren, bei dem verschiedene Faktoren wie die Plasmachemie, die Auswirkungen elektrischer Felder und die Oberflächenchemie die Wachstumseigenschaften der CNTs beeinflussen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die CNT-Herstellungstechniken von grundlegenden Methoden wie Laserablation und Bogenentladung zu anspruchsvolleren Verfahren wie CVD und PECVD entwickelt haben. Die Industrie bewegt sich auch in Richtung nachhaltiger Praktiken, indem sie grüne und abfallhaltige Ausgangsstoffe für die CNT-Produktion erforscht. Der Erfolg von CNT-Anwendungen hängt nicht nur von der Produktionstechnologie, sondern auch von den nachfolgenden Verarbeitungs- und Integrationstechniken ab.
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