Untersuchung relevanter Faktoren in der Buckypaperherstellung zur Optimierung ihrer physikalischen Eigenschaften

Abstract

In dieser Arbeit wurden verschiedene Faktoren in der Herstellung makroskopischer Matten aus Kohlenstoffnanoröhren, sogenannter Buckypaper, untersucht. Dabei wurden ungerichtete Strukturen aus einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWNT: Single-walled Carbon Nanotubes) unter Optimierung des Herstellungsprozesses auf ihre mechanischen und elektrischen Eigen-schaften getestet. Ebenso wurden aus MWNT-Arrays (Multi-walled Carbon Nanotubes), in denen die Nanoröhren senkrecht zur Waferoberfläche ausgerichtet sind, vermessbare Strukturen hergestellt und in einer Vorzugsrichtung orientiert. Es wurden durch Messung der Partikelgr�o_e mittels CPS Scheibenzentrifuge, Bestimmung der elektrischen Leitf�ahigkeit, Bestimmung des Elastizitätsmoduls durch dynamisch-mechanische Untersuchung (DMA) und Aufnahmen durch das Rasterelektronenmikroskop (REM) festgestellt, dass ungerichtete Buckypaper aus SWNTs wesentlich besser verteilte einzelne Nanoröhren enthalten, wenn sie nur im Ultraschallbad ohne vorherige Nutzung der Dispergiermaschine dispergiert wurden. Außerdem konnte ein Zentrifugie-ren weitere Verbesserungen bewirken, da so größere Agglomerate abgetrennt wurden. Die Trocknung im Exsikkator unter einem Druck von 60 N hat sich als ideal herausgestellt, da so weniger Zwischenräume innerhalb des Buckypapers entstehen. So konnten Buckypaper mit hohen mechanischen Flexibilitäen, E-Modulen von 2.5 GPa und Leitfähigkeiten im Bereich 200 - 250 S/cm synthetisiert werden. Eine Verbesserung der Eigenschaften durch Be-handlung mit Isopropanol hat sich nicht bestätigt, sowohl mechanische, als auch elektrische Eigenschaften wurden dagegen sogar deutlich schlechter. Eine horizontale Ausrichtung der MWNT-Buckypaper konnte nicht mittels E-Feld erzeugt werden. Jedoch zeigten die durch mechanisches Umklappen mit einer Walze hergestellten Proben, die anschließend mit einer Gelatine-Matrix vom Wafer gezogen und durch Essigsäure von der Gelatine befreit wurden, bereits handhabbare Eigenschaften und eine Vorzugsorientierung. Dieser Prozess muss jedoch weiter optimiert werden. Die Ergebnisse der durchgeführten Experimente geben Anlass für weitere Untersuchungen und Verbesserungen und lassen einen zukünftigen möglichen Einsatz, beispielsweise als Aktuatoren oder Superkondensatoren, erhoffen.