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Development of a new machinery for nanotubes mass production based on the channel spark ablation technique (NANOSPARK)

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Kohlenstoffnanoröhren auf dem Weg vom Labor zum Markt

Kohlenstoffnanoröhren (Carbon Nanotubes, CNT) sind röhrenförmige Materialien aus Kohlenstoff mit einem Durchmesser im Nanometerbereich. Von der EU finanzierte Forscher konnten nun mit der Demonstration einer preiswerten Massenfertigung qualitativ hochwertiger Produkte einen der dicksten Stolpersteine aus dem Weg räumen, die bislang dem breiter angelegten kommerziellen Einsatz der Kohlenstoffnanoröhren behinderten.

Industrielle Technologien

Der Kohlenstoff, aus dem diese Nanoröhren bestehen, liegt in Form von Graphit vor - es wurde erstmals eher zufällig in Bleistiftminen beobachtet. Unter dem Mikroskop ähneln Kohlenstoffnanoröhren ausgerolltem Maschendraht - allerdings in der Größenordnung von Atomen und Molekülen. Kohlenstoffnanoröhren haben eine erstaunliche mechanische Festigkeit sowie interessante elektrische Eigenschaften vorzuweisen; in Abhängigkeit von den geometrischen Variationen treten sie entweder als Metalle oder Halbleiter auf. Sie haben schon die Phantasie vieler Forscher in Hinsicht auf ihren potenziellen Einsatz in einer Vielzahl neuartiger Anwendungen beschäftigt. Das gebräuchlichste Herstellungsverfahren, die Laserablation, ist jedoch sehr teuer und nicht so einfach in die Größenordnung einer industriellen Fertigung zu übernehmen. Im Rahmen der Finanzmittel des Projekts Nanospark ("Development of a new machinery for nanotubes mass production based on the channel Spark Ablation technique") versuchten nun europäische Forscher, eine kostengünstige Kanalfunkenablationstechnologie (Channel Spark Ablation, CSA) zu entwickeln, mit der tonnenweise qualitativ hochwertige einwandige Kohlenstoffnanoröhren (single-walled CNT, SWCNT) hergestellt werden können. Die Wissenschaftler entwickelt als erstes die erforderliche CSA-Anlage zur Herstellung einwandiger Kohlenstoffnanoröhren. Der Energieverbrauch der CSA-Fertigung ist typischerweise 100-mal geringer als bei der herkömmlichen Laserablation. Hier besteht somit das Potenzial einer enormen Senkung der Fertigungskosten und des Endproduktpreises. Überdies sind die Installationskosten oft bis zu fünf Mal preiswerter. Unter Einsatz der neuen Nanospark-Anlage wurden Kohlenstoffnanoröhren mit potenziellen Kommerzialisierungschancen als Pulver, Suspensionen und Dispersionen in dünnen Schichten (entsprechend der Gebiete mit hoher Nachfrage) hergestellt. Die von Nanospark vorgeführte Herstellung großer Mengen qualitativ hochwertiger Kohlenstoffnanoröhren bei erheblichen Kosteneinsparungen wird wichtige Anstöße für die zahlreichen Kohlenstoffnanoröhren-Konzepte liefern und diese aus dem Labor auf den Markt bringen. Ein direktes Ziel ist die Anwendung bei Solarzellen, wo Kosteneinsparungen von 50 Prozent im Vergleich zu konventionellen kristallinen Solarzellmodulen zu erwarten sind.

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