Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) sind zylindrische Strukturen, die aus Kohlenstoffatomen bestehen, deren Durchmesser typischerweise im Nanometerbereich liegt und deren Länge von Mikrometern bis zu Zentimetern reicht. Diese Strukturen weisen eine außergewöhnliche mechanische Festigkeit auf, die die von Stahl und anderen herkömmlichen Materialien übertrifft. Diese hohe Festigkeit sowie ihre einzigartigen thermischen und elektrischen Eigenschaften machen CNTs zu einem wertvollen Werkstoff für verschiedene Anwendungen, darunter Strukturmaterialien, Sportgeräte, Komponenten für die Luft- und Raumfahrt und Elektronik.
Struktur von Kohlenstoff-Nanoröhrchen:
Kohlenstoff-Nanoröhren werden durch Walzen einer einzelnen Graphitschicht, dem so genannten Graphen, zu einem nahtlosen Zylinder geformt. Die Anordnung der Kohlenstoffatome in diesen Röhren ist ein hexagonales Gittermuster, das zu ihrer Festigkeit und Flexibilität beiträgt. Die Struktur der CNT lässt sich in zwei Haupttypen einteilen: einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (SWCNTs) und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (MWCNTs). SWCNTs bestehen aus einer einzigen Graphenschicht, während MWCNTs mehrere konzentrisch ineinander verschachtelte Graphenschichten aufweisen.
- Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhren:Mechanische Eigenschaften:
- CNTs sind für ihre außergewöhnliche Zugfestigkeit und Flexibilität bekannt. Sie können sich biegen und verdrehen, ohne zu brechen, was sie zu einem idealen Verstärkungsmaterial für Verbundwerkstoffe macht.Thermische Eigenschaften:
- Sie weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, was für Anwendungen, die eine effiziente Wärmeableitung oder -übertragung erfordern, von Vorteil ist.Elektrische Eigenschaften:
- Je nach ihrer Struktur können CNTs metallisch oder halbleitend sein. Diese Abstimmbarkeit ermöglicht ihren Einsatz in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, von leitenden Materialien bis hin zu Transistoren.Chemische Eigenschaften:
CNT sind relativ reaktionsträge und stabil, können aber funktionalisiert werden, um ihre Kompatibilität mit anderen Materialien zu verbessern oder um bestimmte chemische Funktionen einzubringen.Anwendungen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen:
- Die einzigartigen Eigenschaften von CNTs ermöglichen ihren Einsatz in zahlreichen Bereichen:
- Strukturelle Materialien: Verwendung als Verstärkungsmaterial in Verbundwerkstoffen zur Erhöhung der Festigkeit und Haltbarkeit.
- Elektronik: Einsatz in Halbleitern, Transistoren und anderen elektronischen Komponenten aufgrund ihrer kontrollierbaren elektrischen Eigenschaften.
- Energiespeicherung: Einsatz in Batterien und Superkondensatoren zur Verbesserung der Leistung.
Biomedizinische Anwendungen: Aufgrund ihrer Biokompatibilität und Nanogröße werden sie in Systemen zur Verabreichung von Arzneimitteln und als Gerüste für die Gewebezüchtung verwendet.
Herausforderungen bei der Herstellung und Nutzung von Kohlenstoffnanoröhren:
