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Technologieprojekt B: CNT Modifizierung und Funktionalisierung (CarboFunk)

Schlussbericht zu Verbundprojekt; im Rahmen des Förderprogramms Innovationsallianz Carbon Nanotubes Inno. CNT. Laufzeit des Vorhabens: 01.04.2008-31.03.2012
 
: Meyer-Plath, Asmus; Mach, Reinhard; Gil, Guilermo Orts; Petrov, Sergej; Schindhelm, Stefan; Weber, Martin; Park, Hye Jin; Brinks, Marion; Kuat, Kristof; Gmeiner, Alexander; Asschenbrenner, Ortrud; Lommatzsch, Uwe; Kolacyak, Daniel; Jost, Oliver; Grählert, Wulf; Talens, Esther Roch; Roch, Aljoscha; Leupolt, Beate; Leistner, Matthias; Helbig, Jens; Dresel, Alexander; Teipeil, Ulrich

Berlin, 2012, 82 pp.
Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF
03X0041 A-D
German
Report
Fraunhofer IFAM ()

Abstract
Im Rahmen des durchgeführten Projektes konnte gezeigt werden, dass verschiedene Methoden zu einer Funktionalisierung der CNT-Oberflächen bzw. von CNT-Agglomeratoberflächen führen können. Alle untersuchten Methoden haben das Potential in wirtschaftlich anwendbare Prozesse weiter entwickelt zu werden. An ausgewählten Prozessen wurde die Verfahrensentwicklung auch schon im Rahmen dieses Projektes bis in den Technikumsmaßstab realisiert. Die funktionalisierten CNT zeigen im Allgemeinen eine gute Dispergierbarkeit in den Medien für deren Einsatz die CNT spezifisch hin funktionalisiert wurden. Allerdings ergaben erste Untersuchungen von Kompositen noch keinen eindeutigen Vorteil einer Funktionalisierung von CNT bezüglich der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Komposite. Zum Wirkort einer chemischen CNT-Funktionalisierungsprozesses ist allerdings immer noch zu wenig bekannt. Ein Bild illustriert die Komplexität des Problems. In anwendungsrelevanten Mengen verfügbare CNTs sind noch immer stark in ihrer Struktur gestörte Systeme, deren sp2-Hybridisierung in vielfältiger Weise durch lokale Defekte, Ränder, Endkappen oder Knicks gestört sein kann. Die dadurch gegenüber einer intakten Graphenstruktur erhöhte Reaktivität weist bevorzugte Reaktionsorte an eben diesen Stellen aus. Darüber hinaus kann eine Funktionalisierung, wie im Fall einer Behandlung in oxidierenden Säuren, zu einem partiellen oxidativen Abbau von CNTs führen, in dem CNT-abgeleitete oxidierte Fragmente, sogenannte Fulvosauren, entstehen, die aufgrund ihrer CNT-Ähnlichkeit als Tenside an die behandelten CNTs adsorbieren können. Als Ansatz zur Bestimmung des Wirkortes einer plasmachemischen Bromierung wurden Untersuchungen an individuellen MWCNTs durchgeführt, die vor und nach der Bromierung mittels TEM hinsichtlich Struktur und Zusammensetzung charakterisiert wurden. Dafür kam eine Kopplung von scannender TEM und EDX zum Einsatz, die erlaubt, die Elementverteilung eines Materials auf der Nanoskala zu analysieren. Brom wurde am Ort der mehrschaligen CNT-Wände gefunden. Die hellblaue Linie markiert den erfolgten Linienscan. Da die CNT sich während der Messung leicht bewegte, stimmen Intensitätsdiagramm und TEM-Bild nicht genau überein. Das Brom wird jedoch mit guter Übereinstimmung am Ort der mehrschaligen Wände gefunden - nicht etwa im Hohlraum der MWCNT. Wie die Vorher-Nachher-Darstellung links zeigt, wurde die individuell mit TEM untersuchte CNT durch die Plasmabromierung aufgrund einer zu lang gewählten Behandlungsdauer geschädigt. Aufgrund dieser Erkenntnisse muss festgestellt werden, dass eine Funktionalisierung der CNT bezüglich der Dispergierbarkeit einen sehr großen Vorteil darstellt. Bezüglich der erwarteten Verbesserungen durch funktionalisierte CNT konnten aber im Rahmen der Innovationsallianz zu wenig grundlegende Untersuchungen durchgeführt werden. Deswegen können keine eindeutigen Aussagen zu den Eigenschaften von CNT-Kompositen mit funktionalisierten CNT gemacht werden. Hierzu sind noch weitere Arbeiten in weiterführenden Projekten wünschenswert.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-300304.html