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Eine maßgeschneiderte Supply-Chain-Entwicklung zur Nutzung des vollen Kohlenstoffnanoröhrenpotenzials in Verbundstoffen

Nanoverbundstoffe können noch nicht allen Erwartungen gerecht werden, die in sie gesetzt werden. Die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft bei der Ausbildung junger Wissenschaftler wird dabei behilflich sein, Konzepte im Labormaßstab schnell Marktfähigkeit zu machen, während eine marktführende Stellung Europas in diesem Bereich sichergestellt ist.
Eine maßgeschneiderte Supply-Chain-Entwicklung zur Nutzung des vollen Kohlenstoffnanoröhrenpotenzials in Verbundstoffen
Im Jahr 2009 startete ein von der EU gefördertes Konsortium akademischer und industrieller Partner das CONTACT-Projekt, das sich Kohlenstoffnanoröhren-Verbundstoffen widmete. Das Expertenwissen der Partner umspannte die gesamte Wertschöpfungskette, von der Synthetisierung von Kohlenstoffnanoröhren (CNT) bis hin zur Integrierung in kommerzielle Produkte.

Achtzehn Forscher wurden durch das Konsortium damit beauftragt, sicherzustellen, dass das volle CNT-Potenzial in Zukunft ausgeschöpft wird. Die Forscher profitierten vom Mentoring durch marktführende Beteiligte im Bereich der CNT-Synthese, -Verarbeitung, -Charakterisierung und -Simulation. Zusätzlich zur Durchführung von Forschungsarbeit beteiligten sich die Wissenschaftler an Konferenzen und Kursen, die Themen wie Führungskompetenzen für Frauen und Präsentationsfähigkeiten abdeckten.

Die strukturierten und hochqualitativen Schulungsprogramme waren darauf fokussiert, einige der zentralen Hindernisse zu überwinden, denen die CNT-Technologie gegenübersteht. Hierzu zählten die Modifikation von CNT-Oberflächeneigenschaften, die CNT-Dispersion in wärmegehärteten und thermoplastischen Polymeren sowie die Zuverlässigkeit von Analysen und Charakterisierungsmethoden. Das CONTACT-Projekt erzielte entscheidende Durchbrüche in sämtlichen Bereichen.

Die Wissenschaftler verbesserten das Ergebnis der CNT-Synthese und werteten das Verfahren auf, während eine Inline-Reaktionsüberwachung eine genaue Charakterisierung des Wachstumsprozesses erleichterte. Hierdurch konnten die Auswirkungen verschiedener Dotierungsstoffe und Katalysatoren auf die Struktur und Ergiebigkeit analysiert und optimiert werden. Die Dispersion der neu entwickelten Kohlenstoffnanoröhren in Polymeren wurde über verschiedene Techniken verbessert, die zu einer Herstellung flexibler Filme mit einer verbesserten Transparenz und elektrischen Leitfähigkeit führten.

Die Forscher untersuchten Verbundstoffe, die ausschließlich aus Kohlenstoffnanoröhren oder die aus Kohlenstoffnanoröhren in Kombination mit weiteren funktionellen Füllstoffen bestanden. Ein besseres Verständnis von Verhaltensweisen während verschiedener Verarbeitungstechniken führte zu einer optimierten Verwendung von Doppelschnecken-Verbundstoffen und Formpressverfahren sowie verbesserten Verbundstoffeigenschaften.

Schließlich nutzten die Wissenschaftler eine Kombination aus Modellierungsverfahren und experimenteller Verfahren, um die Eigenschaften der hergestellten Verbundstoffe zu interpretieren. Dies führt zu einem wissensbasierten Design neuer Stoffe in den unterschiedlichsten Bereichen wie etwa dem Bau-, Energie- und Elektroniksektor.

CNT-Nanoverbundstoffe können nur durch eine Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft voll ausgeschöpft werden, wobei vor allem Wert auf die Ausbildung neuer Wissenschaftler gelegt werden muss. Das CONTACT-Projekt hat aufbauend auf diesem notwendigen Fundament einen wichtigen Beitrag geleistet.

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Schlüsselwörter

Kohlenstoffnanoröhren, Nanoverbundstoffe, CNT-Synthese, Oberflächeneigenschaften, CNT-Dispersion, Charakterisierung
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