Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) sind aufgrund ihrer einzigartigen Kombination von mechanischen, elektrischen, thermischen und chemischen Eigenschaften etwas Besonderes. Diese Eigenschaften werden direkt durch ihre Struktur und ihren Hybridisierungszustand beeinflusst. Dies macht CNTs vielseitig einsetzbar, von Strukturmaterialien über Elektronik bis hin zu biomedizinischen Wissenschaften.
Was macht Nanoröhren so besonders? 5 Schlüsseleigenschaften aufgedeckt
1. Mechanische Festigkeit
CNTs weisen eine außergewöhnliche mechanische Festigkeit auf. Sie sind um ein Vielfaches stärker als Stahl oder andere Industriefasern. Diese hohe Festigkeit ist auf ihre zylindrische Struktur zurückzuführen, die aus Kohlenstoffatomen besteht, die in einem hexagonalen Gittermuster angeordnet sind. Die starken kovalenten Bindungen innerhalb des Kohlenstoffgitters tragen zu ihrer außergewöhnlichen Zugfestigkeit und Steifigkeit bei. Dies macht sie ideal für die Verwendung in Verbundwerkstoffen für Anwendungen wie Luft- und Raumfahrtkomponenten, Automobilteile und Schutzausrüstung wie Panzerwesten.
2. Elektrische und thermische Leitfähigkeit
CNTs sind für ihre hervorragende elektrische Leitfähigkeit bekannt. Diese kann durch Anpassung der Struktur der Nanoröhrchen maßgeschneidert werden. Je nach ihrer Chiralität (der Anordnung der Kohlenstoffatome im hexagonalen Gitter) können CNTs entweder metallisch oder halbleitend sein. Diese Abstimmbarkeit ermöglicht ihre Verwendung in verschiedenen elektronischen Geräten, darunter Transistoren, Sensoren und leitfähige Filme. Darüber hinaus haben CNTs eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was für Anwendungen, die eine effiziente Wärmeableitung erfordern, nützlich ist.
3. Chemische Eigenschaften und Funktionalisierung
Die Oberflächeneigenschaften von CNTs können durch Funktionalisierung verändert werden. Dabei werden bestimmte chemische Gruppen an der Oberfläche der Nanoröhren angebracht. Dieser Prozess verbessert ihre Kompatibilität mit anderen Materialien und kann ihre Löslichkeit, Reaktivität und Biokompatibilität verändern. Funktionalisierte CNTs werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. in Systemen zur Verabreichung von Arzneimitteln, in Biosensoren und als Katalysatorträger.
4. Vielseitigkeit und Skalierbarkeit
Die Synthese von CNTs wurde ausgiebig erforscht. Techniken wie die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) werden häufig eingesetzt. Die Skalierbarkeit dieser Produktionsmethoden und die Möglichkeit, die Eigenschaften der CNTs durch verschiedene Nachbearbeitungstechniken anzupassen, machen sie für großtechnische Anwendungen sehr geeignet.
5. Eigenschaften von Nanopartikeln
Als Nanopartikel weisen CNTs Eigenschaften auf, die sich deutlich von denen größerer Partikel desselben Materials unterscheiden. Das große Oberflächen-Volumen-Verhältnis der CNTs verbessert ihre Reaktivität und Interaktion mit ihrer Umgebung. Dies ist von entscheidender Bedeutung für Anwendungen, bei denen Wechselwirkungen an den Grenzflächen von Bedeutung sind, wie z. B. bei der heterogenen Katalyse und der Abwasseraufbereitung.
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