Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) werden mit verschiedenen Methoden synthetisiert.
Das am weitesten verbreitete kommerzielle Verfahren ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
Andere traditionelle Verfahren sind die Laserablation und die Bogenentladung.
Für das CVD-Verfahren werden verschiedene Ausgangsstoffe verwendet, darunter Kohlenmonoxid und in jüngerer Zeit auch "grüne" oder Abfallstoffe wie Methanpyrolyse und Kohlendioxid, das durch Elektrolyse in Salzschmelzen abgeschieden wird.
5 Schlüsseltechniken werden erklärt
1. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
CVD ist die vorherrschende Methode für die kommerzielle Synthese von Kohlenstoff-Nanoröhren.
Bei dieser Technik wird ein kohlenstoffhaltiges Gas bei hohen Temperaturen zersetzt, in der Regel in Gegenwart eines Metallkatalysators, um Kohlenstoffatome in Form von Nanoröhren auf einem Substrat abzuscheiden.
Die Prozessparameter wie Temperatur, Druck, Gasdurchsatz und die Art des Katalysators beeinflussen die Qualität und die Ausbeute der CNTs erheblich.
2. Laserablation
Bei diesem Verfahren wird ein Graphittarget in einer Hochtemperaturkammer mit einem Hochleistungslaser verdampft.
Der verdampfte Kohlenstoff kondensiert und bildet CNTs.
Diese Technik ist für die Herstellung hochwertiger CNTs bekannt, ist aber aufgrund des hohen Energieverbrauchs und der hohen Kosten kommerziell weniger rentabel.
3. Bogenentladung
Bei der Lichtbogenentladung wird ein Gleichstrom zwischen zwei Graphitelektroden in einer Schutzgasatmosphäre geleitet.
Die durch den Lichtbogen erzeugte starke Hitze lässt die Anode verdampfen, und aus dem Dampf werden CNTs gebildet.
Mit dieser Methode lassen sich ebenfalls hochwertige CNTs herstellen, sie hat jedoch ähnliche Nachteile wie die Laserablation, wie z. B. den hohen Energieverbrauch und die begrenzte Skalierbarkeit.
4. Neue Methoden mit grünen oder Abfallstoffen
In jüngster Zeit wurde die Verwendung von grünen oder Abfallrohstoffen für die CNT-Synthese erforscht, um die Umweltbelastung zu verringern und Abfallstoffe zu nutzen.
Bei der Methanpyrolyse beispielsweise wird Methan thermisch zu Wasserstoff und festem Kohlenstoff zersetzt, zu dem auch CNTs gehören können.
Diese Methode bietet einen potenziellen Weg zur Abscheidung und Nutzung von Kohlenstoff, indem Treibhausgase in wertvolle Materialien umgewandelt werden.
In ähnlicher Weise wurde die Elektrolyse von Kohlendioxid in geschmolzenen Salzen zur Herstellung von CNTs verwendet, wobei allerdings Bedenken hinsichtlich der Qualität des erzeugten Materials bestehen.
5. Andere innovative Techniken
Zusätzlich zu den oben genannten Methoden erforschen Forscher ständig neue Techniken zur Verbesserung der CNT-Synthese.
Dazu gehören die Verwendung biologischer Systeme, plasmabasierte Verfahren und andere neuartige Ansätze, die die Effizienz und Nachhaltigkeit der CNT-Produktion verbessern sollen.
Diese Methoden verdeutlichen die verschiedenen Ansätze zur CNT-Synthese, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Herausforderungen haben.
Die Wahl der Methode hängt von der gewünschten Anwendung, den Kostenüberlegungen und den Umweltauswirkungen ab.
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