Gedruckte Elektronik und schaltbare Polymersysteme - Anwendungen basierend auf Kohlenstoffnanoröhren

Seit ihrer Entdeckung faszinieren Kohlenstoff Nanoröhren aufgrund ihrer herausragenden physikalischen Eigenschaften die Forschungsgemeinde weltweit. Ihre Einsatzmöglichkeiten liegen jedoch nicht nur im Forschungsbereich. Gerade ihre faserartige Geometrie mit ihrem hohen Aspektverhältnis (Verhältnis von Länge zu Durchmesser) und der daraus resultierenden niedrigen Perkolationsschwelle machen Sie für den Einsatz in Kompositen und Beschichtungen prädestiniert. Am Fraunhofer IPA beschäftigt man sich schon seit 2006 mit dem Anwendungspotential dieses aus reinem Kohlenstoff bestehenden Moleküls. Einer der Hauptanwendungsbereiche der für Kohlenstoff Nanoröhren untersucht wird ist ihr Einsatz für die Herstellung von flächigen Heizelementen. Gegenüber den oft verwendeten metallischen Heizleitern besteht neben der homogenen Wärmeverteilung einer der größten Vorteile in dem einstellbaren elektrischen Widerstand der eine Anpassung an verschiedene Versorgungsspannungen und Heizleistungen ermöglicht. Kombiniert mit ihrer geringen Wärmekapazität und der daraus resultierenden schnellen Heizraten können sogar Hochtonlautsprecher hergestellt werden, welche auf Basis des thermoakustischen Effektes Töne ohne mechanisch bewegte Teile erzeugen. Eine besondere Form dieser Moleküle sind die einwandigen Kohlenstoff Nanoröhren. Aufgrund ihres Durchmessers von ca. einem Nanometer zeigen Sie das größte Aspektverhältnis und ermöglichen Schichtdicken von unter einem Mikrometer. Aufgrund dieser Eigenschaften lassen sich damit Elektroden herstellen welche im sichtbaren Spektrum des Lichts Transparenzwerte von mehr als 60 Prozent aufweisen. Zudem sind diese dünnen Schichten flexibel genug um auch bei dielektrischen Aktoren als Elektrode eingesetzt werden zu können. Dieser Anwendungsbereich ist gerade aufgrund der hohen Dehnungen problematisch für andere transparente leitfähige Elektroden. Ohne chemische Funktionalisierung können die Kohlenstoff Nanoröhren als inert angesehen werden. D.h. Umgebungsbedingungen haben keinen Effekt auf Ihre Eigenschaften. Kombiniert in einem Komposit können jedoch durch zusätzliche Komponenten Effekte erzeugt werden die sich im elektrischen Widerstand der Beschichtung zeigen und sich damit für den Einsatz in der druckbaren Sensorik eignen.