Einfacher und sicherer zu verwendende Kohlenstoffnanoröhren in Polymer-Nanokompositen

Ein Forschungsteam von Skoltech, der Aalto-Universität und dem Kurnakov-Institut hat kürzlich einen neuen, vielseitigen und einfachen Ansatz zur Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhren zur Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhren-Polymer-Nanokompositen entwickelt. Die Methode wird in Carbon beschrieben und beinhaltet die Herstellung von Briketts – dichten Paketen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Pulvern. Mit Briketts hergestellte Nanokomposite funktionieren genauso gut wie solche aus teureren Masterbatches, die auch polymerspezifisch sind – also weniger vielseitig.

„Wir glauben, dass die Verwendung von dichten Briketts aus Kohlenstoff-Nanoröhren die Entwicklung der Kohlenstoff-Nanoröhren-Verbundstoffindustrie erheblich erleichtern kann. Diese Technik ist kostengünstig und auf eine Vielzahl von Polymermatrizen anwendbar, ohne die elektrischen und thermischen Eigenschaften des Endmaterials zu opfern“, erklärte der Hauptautor der Studie, Skoltech-Doktorand Hassaan Butt.

In den letzten Jahrzehnten wurden Kohlenstoffnanoröhren aufgrund ihrer einzigartigen Kombination aus elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften intensiv von Forschern aus Wissenschaft und Industrie untersucht. Inzwischen sind polymerbasierte Nanokomposite die größte Anwendung von Kohlenstoff-Nanoröhren und diejenige, die einer breiten Integration in den Alltag am nächsten kommt. Warum, ist leicht zu verstehen: Kleinste Mengen an Nanoröhrchen, die einem Polymer zugesetzt werden, verleihen dem Material grundlegend neue Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit und Piezoresistivität und verbessern entscheidend seine thermischen und mechanischen Eigenschaften.

Die jüngste Studie in Carbon begann als Versuch, die Herausforderung anzugehen, eine ausreichende Dispersion von Kohlenstoff-Nanoröhren in einem Wirtspolymer zu erreichen, um optimale Verbundstoffeigenschaften zu erzielen. Zu diesem Zweck untersuchten die Skoltech-Forscher und ihre Mitarbeiter vom Kurnakov-Institut das Verfahren zur schnellen Expansion einer überkritischen Lösung (RESS) von Nanoröhren, die zu ihrer Desagglomeration führt. Es ergab jedoch keine Verbesserungen der endgültigen Eigenschaften von Polymer-Nanokomposite. Das Team beschloss, die Auswirkungen aus der entgegengesetzten Perspektive zu untersuchen.

Der Co-Autor der Studie und einer der Hauptverantwortlichen, Skoltech-Doktorand Ilya Novikov, erklärte: „Nachdem wir erkannt hatten, dass eine schnelle Expansion zu einer zehnfachen Abnahme der Schüttdichte der Nanoröhren führt, aber die Verbundstoffeigenschaften nicht verbessert, dachten wir, warum nicht Wir machen das Gegenteil und komprimieren stattdessen die Pulver. Was ist, wenn die Kompression die Leistung des Materials nicht beeinträchtigt?“ Der Grund, warum dies aufregend wäre, fügte er hinzu, ist, dass eine höhere Dichte eine größere Bequemlichkeit und weniger Sicherheitsrisiken bei der Herstellung aufgrund einer unerwünschten Nanoröhrchen-Aerosolisierung bedeutet.