Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) werden mit verschiedenen Methoden hergestellt, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Herausforderungen haben.
Die wichtigste kommerzielle Methode ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
Weitere Verfahren sind die Laserablation, die Bogenentladung und neue umweltfreundliche Technologien wie die Kohlendioxid-Elektrolyse in geschmolzenen Salzen und die Methanpyrolyse.
Jede Methode hat ihre eigenen Prozessparameter, die für eine erfolgreiche CNT-Produktion optimiert werden müssen.
Welche Methoden zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren gibt es (5 Schlüsseltechniken werden erklärt)?
1. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
CVD ist die am weitesten verbreitete Methode zur kommerziellen Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhren.
Bei diesem Verfahren werden Kohlenwasserstoffgase bei hohen Temperaturen an einem Metallkatalysator zersetzt.
Der Metallkatalysator, in der Regel Eisen, Kobalt oder Nickel, wird auf einem Substrat abgeschieden.
Wenn das Kohlenwasserstoffgas über den Katalysator strömt, zersetzt es sich, und die Kohlenstoffatome lagern sich auf dem Katalysator ab und wachsen zu Nanoröhren heran.
CVD ermöglicht eine gute Kontrolle über die Struktur und Ausrichtung der Nanoröhren und eignet sich daher für verschiedene Anwendungen.
2. Laserablation
Bei diesem Verfahren wird ein Graphittarget in einem Ofen mit einem Hochleistungslaser verdampft.
Der verdampfte Kohlenstoff kondensiert zu Nanoröhrchen.
Mit der Laserablation können hochwertige einwandige Kohlenstoffnanoröhren hergestellt werden, sie ist jedoch im Vergleich zur CVD weniger kosteneffizient und skalierbar.
3. Bogenentladung
Bei der Bogenentladung wird ein Hochstrombogen zwischen zwei Graphitelektroden in einer Inertgasatmosphäre gezündet.
Durch die starke Hitze verdampft die Anode, und der verdampfte Kohlenstoff bildet beim Abkühlen Nanoröhren.
Diese Methode ist ebenfalls wirksam, kann aber weniger kontrollierbar und energieintensiver sein als CVD.
4. Kohlendioxidelektrolyse in geschmolzenen Salzen
Bei dieser Methode wird Kohlendioxid aufgefangen und durch Elektrolyse in Salzschmelzen zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren verwendet.
Sie bietet einen nachhaltigen Ansatz durch die Nutzung von Treibhausgasen, aber es gibt Bedenken hinsichtlich der Qualität der hergestellten Nanoröhren.
5. Methan-Pyrolyse
Dieser Prozess beinhaltet die thermische Zersetzung von Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff, zu dem auch Kohlenstoff-Nanoröhren gehören können.
Unternehmen wie CarbonMeta Technologies und Huntsman erforschen diese Methode unter Verwendung von Methanabfällen, wodurch Kohlenstoffemissionen wirksam gebunden werden.
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