Reinigungsverfahren für Kohlenstoff-Nanoröhren sind entscheidend für die Verbesserung der Qualität und Funktionalität von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT), die mit verschiedenen Synthesetechniken hergestellt werden. Der Reinigungsprozess zielt darauf ab, Verunreinigungen wie amorphen Kohlenstoff, Metallkatalysatorpartikel und andere nicht röhrenförmige Kohlenstoffstrukturen zu entfernen. Im Folgenden werden die wichtigsten Methoden zur CNT-Reinigung beschrieben:
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Chemische Oxidation: Bei dieser Methode werden starke Oxidationsmittel wie Salpetersäure oder Schwefelsäure verwendet, um Verunreinigungen selektiv zu oxidieren und zu entfernen. Bei diesem Verfahren werden die CNTs in der Regel in einer konzentrierten Säurelösung erhitzt, wodurch amorpher Kohlenstoff und Katalysatorpartikel bevorzugt oxidiert und entfernt werden und die CNTs relativ intakt bleiben.
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Ultraschallbehandlung: Die Ultraschallbehandlung wird häufig in Verbindung mit der chemischen Oxidation eingesetzt. Die bei der Ultraschallbehandlung erzeugten Hochfrequenz-Schallwellen tragen dazu bei, Agglomerate aufzubrechen und die CNTs in der Lösung zu dispergieren, wodurch die Effizienz des chemischen Oxidationsprozesses erhöht wird.
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Filtration und Zentrifugation: Diese physikalischen Trennverfahren werden eingesetzt, um die CNT nach der Synthese aus dem Reaktionsgemisch zu isolieren. Bei der Filtration wird das Gemisch durch einen Filter geleitet, der die größeren CNTs auffängt und kleinere Verunreinigungen durchlässt. Bei der Zentrifugation hingegen wird die Zentrifugalkraft genutzt, um die Komponenten des Gemischs aufgrund ihrer Größe und Dichte zu trennen.
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Chromatographie: Techniken wie die Gelpermeationschromatographie können eingesetzt werden, um CNTs nach ihrer Größe und Form zu trennen. Diese Methode ist besonders nützlich, um verschiedene CNT-Typen (einwandig vs. mehrwandig) zu trennen und kleinere Verunreinigungen zu entfernen.
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Thermisches Ausglühen: Bei diesem Verfahren werden die CNTs in einer inerten Atmosphäre (wie Argon oder Stickstoff) bei hohen Temperaturen erhitzt. Bei diesem Verfahren werden restliche Lösungsmittel und organische Verunreinigungen durch Verdampfen entfernt, so dass die CNTs strukturell intakt bleiben.
Jede dieser Methoden hat ihre Vorteile und Grenzen, und oft wird eine Kombination dieser Techniken eingesetzt, um den gewünschten Reinigungsgrad zu erreichen. Die Wahl der Reinigungsmethode hängt von der spezifischen Anwendung der CNTs, der Art der vorhandenen Verunreinigungen und dem gewünschten Reinheitsgrad ab.
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