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Gliederung●Was sind Carbon Nanotubes (CNTs)
●Herstellung von CNTs
●Funktionalisierung von CNTs
●- Defekt- Funktionalität
●- Nicht- kovalente Funktionalisierung
●- Kovalente Funktionalisierung
●- Funktionalisierung durch Klick- Chemie
●Herstellung von Polymer-CNT-Kompositen
●- Lösungsmischen
●- Schmelzmischen
●- In-situ-Polymerisation
●Anwendungen und Zusammenfassung
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Was sind Carbon Nanotubes (CNT)?
●Röhren aus Kohlenstoff●Bestehend aus 6- eckiger Wabenstruktur●0,4- 50 nm Durchmesser●Längen von mehreren Millimetern für einzelne Röhren●Einwandige CNTs (SWCNT) und mehrwandige CNTs (MWCNT)
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Bilder CNTs
wikimedia.org wikimedia.org
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Herstellung CNT
●Bogenentladung●Laserverdampfen●Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)●Man kann SWCNTs und MWCNTs herstellen
Medicalnanotec.comwikimedia.org
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Funktionalisierung der CNTs
●Defekt- Funktionalität
●Nicht- kovalente Funktionalisierung
●Kovalente Funktionalisierung
●Funktionalisierung durch Klick- Chemie
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Defekt- Funktionalität●CNTs werden gereinigt●-COOH Gruppen enstehen an SWCNTs●CNTs werden auf 100- 300nm gebrochen●Nur wenige Defektstellen an Oberfläche können erstellt werden●Für kovalente Bindung org. Gruppen genutzt●Besser löslich in org. Lösemitteln●Einzelne SWCNTs- Makromoleküle entstehen, wenn Säurechloride und Amide 4 Tage unter erhöhter Temp. reagieren
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Nicht- Kovalente Funktionalisierung
●Verbesserte Löslichkeit und Verarbeitbarkeit●Funktionalisierung durch Tenside, Biomakromoleküle und Umhüllen mit Polymer●CNTs in wässrige Phase mit Tensiden●Röhren von Mizellen (hydrophob) umgeben●Große Kopfkettengruppen und lange Alkylketten sind besser für Dispersion aufgrund besserer Oberflächenabdeckung und Bindung mit Kohlenstoff●CNTs löslich in org. und wässrigen Lösungen
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Nicht- kovalente Funktionalisierung
Artikel: Polymer nanocomposites based on functionalized carbon nanotubes, Sciencedirect.com
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Kovalente Funktionalisierung
●Modifikation der -COOH Gruppen an Oberfläche oder direkte an den Seitenwänden anknüpfende Reagenzien●Nach Säurebehandlung Defekte an MWCNTs●Mehr -COOH Gruppen je höher die Säurebehandlungstemp. ist●Funktionalität der Gruppen hängt von der Oxidationsprozedur und OM ab, CNT- Enden können geöffnet werden
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Grafting (Pfropfung)
Grafting-to:●Polymermoleküle auf CNTs durch chem. Reaktion angebracht●Gehalt von gepfropften CNTs ist relativ gering aufgrund großer Gruppen an den Seitenwänden
Grafting-from:●Bindung von Monomeren an Oberfläche durch In-situ- Polymerisation an reaktiven CNTs●Polymer-CNTs Komposite mit hoher Einfügungsdichte
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Kovalente Funktionalisierung
Artikel: Polymer nanocomposites based on functionalized carbon nanotubes, Sciencedirect.com
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Funktionalisierung durch Klick-Chemie
●Einfacher Einbau von Azid- und Alkingruppen in org. Polymermoleküle●Vorteile: Toleranz anderer funktioneller Gruppen, kurze Reaktionszeit, hohe Ausbeute & Reinheit, Regiospezifität, Einsatz unter wässr. Bedingungen●Produkte direkt aus Reaktionsgemisch●Breite Vielfalt an funktionalisierende Molekülen
Artikel: Polymer nanocomposites based on functionalized carbon nanotubes, Sciencedirect.com
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Funktionalisierung durch Klick- Chemie
Artikel: Polymer nanocomposites based on functionalized carbon nanotubes, Sciencedirect.com
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Herstellung: Lösungsmischen
●Dispersion von CNTs in geeignetem Lösemittel und Polymere gemischt●CNT/ Polymer -Komposit bildet sich durch Fällung oder Verdampfen des Lösemittels●Nutzung von Ultraschall, zusätzlicher Effekt: Aggregate und Verwicklungen der CNT abgebaut●Viele Polymere nicht in spezifischen Lösungsmittel löslich
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Herstellung: Schmelzmischen
●Insbesondere für Thermoplasten●CNTs mechanisch in Polymermatrix bei hoher Temp. mittels Scherkraftmischer dispergiert●Scherkräfte brechen CNT- Ansammlungen und verhindern ihre Bildung●Dispersion schlechter als bei Lösungsmischen●Weniger CNTs aufgrund höherer Viskositäten der Komposite bei Belastung
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Herstellung: In-situ-Polymerisation
●Für unlösliche und therm. instabile Polymere●CNTs in Monomer dispergiert, gefolgt von Polymerisation●Hoher Anteil an CNTs kann vermengt werden, starke WW zwischen CNT und Polymermatrix
Artikel: Polymer nanocomposites based on functionalized carbon nanotubes, Sciencedirect.com
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Anwendungen
●PU/CNT- Komposit:●- Erhöhung der Zugfestigkeit, E- Modul, Grenzflächenfestigkeit, Tg , Reißfestigkeit (MWCNT- Verbesserung E- Modul, SWCNT-Verbesserung Dehnung und Zugfestigkeit)●z.B. Rotorblätter von●Windkrafträdern
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Anwendungen
●PI/CNT- Komposit:●- Erhöhung E- Modul und Zugfestigkeit (deutlich höher durch starke WW PI- Matrix und MWCNT-COOH)●- ab 5% MWCNTs verringert sich die Zugfestigkeit, da CNTs agglomerieren●z.B. flexibler und elektrisch leitender Film zur Anwendung im Weltraum
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Zusammenfassung
●CNTs elektrisch leitend und Polymere in der Regel nicht → hier kommen Polymer/CNT-Komposite zum Einsatz●CNTs bringen großartige mechanische Eigenschaften mit sich → Verstärkung vieler Polymere bei weiterhin niedrigem Gewicht
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Quellen
●http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079670010000316●http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079670009000859●http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffnanor%C3%B6hre●http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=38236.php
