Fetech - Kompetenz in Schwingungstechnik
News-Meldung von:
Dipl. Ing. (FH) Klaus Michelsen
Hilger u. Kern, 06.03.2013
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CNT-Applikationen, die auf dem Jahreskongress Innovationsallianz Carbon Nanotubes im Februar 2013 vorgestellt wurden

Was ist CNT?

CNT = Carbon Nanotubes sind mehrwandige Kohlenstoffnanoröhrchen, die sich aus mehreren Graphitschichten aufbauen. Sie haben nur ein Viertel der Masse von Stahl, sind aber 5-mal stabiler gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Sie können leitfähiger als Kupfer sein, reagieren unempfindlich auf Hitze und sind ein ähnlich guter Wärmeleiter wie Diamant. Und sie bieten den Piezoeffekt: d.h. bei mechanischer Veränderung ändern sie Ihren Widerstand und können auch als kleine Aktoren mit hohen Kräften eingesetzt werden. Sie werden u.a. schon kommerziell eingesetzt für die Herstellung leitfähiger thermoplastischer Werkstoffe, um dort ein elektromagnetische Abschirmung und eine höhere Festigkeit zu erlangen. Schon kleinste Beimischungen ( < 1 % ) zu Kunststoffen verändern die physikalischen Eigenschaften des Endproduktes radikal.

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Bildquelle: Wikipedia Commons, the free media repository

Die Innovationen bei der Anwendung von CNTs – auf dem Kongress neu vorgestellt:

  1. Antistatik: EMV Abschirmung in der Raumfahrt, Luftfahrt und Fahrzeugen, in Telekommunikationsgeräten, Medizintechnik – also dort, wo man aus Gewichtsgründen keine Metallgehäuse verwenden kann. Trays für Halbleiterverpackungen.

    Wichtig für die Elektrostatik-Lackierung: Carbonfaser Module, wie sie im Flugzeug im Kraftfahrzeug und Windrädern eingesetzt werden, haben den Nachteil, dass diese Module isolierend sind. Das heißt, dass sie keinen Faraday‘schen Käfig bilden können (kein Blitzschutz). Außerdem ist die Beschichtung mit Elektrostatik-Pulverlack problematisch. Lösung: Leitfähige Carbonfaser Module, hergestellt duch Dispergierung des Epoxydharzes mit einem geringem CNT Anteil ( < 1 % ) oder durch Beimischung von CNT-Teilen in der Grundierung.
  2. Reduzierung der Leitfähigkeit in Brennstoffzellen und Batterieplatten zur Reduzierung des Innenwiderstandes und des Gewichtes, robuste Membrane.
  3. Sensorik; leichte, metallfreie Leiter und Halbleiter.
  4. Anwendung aus der Automotivbranche: Metallfreier Kabelbaum. Statt des Kabelbaumes werden Polymerbänder mit CNT-Leiterbahnen (Leitwert: 10 S/cm) beschichtet. Dadurch ergibt sich eine Gewichtseinsparung von 13 %.
  5. Gummi- und PU-Elastomere: CNTs sorgen für einen guten Antistatikeffekt bei gleichzeitiger Erhöhung der Reißfestigkeit (Bruchdehnung), die Zersetzungstemperatur erhöht sich auf 450 °C. Gutes Flammwidrigkeitsverhalten, besserer Wärmeleitfähigkeit, Erhöhung der thermischen Grenzleistung in Schwingungsvorgängen. Das Gummielement verbunden mit CNTs kann sensorische Eigenschaften übernehmen: Dies sind die Widerstandsänderung bei Temperaturveränderung, Widerstandsänderung bei Zugbeanspruchung, Frequenzerfassung von Schwingungen, Leckagemeldung von Gummidichtungen, Hochleistungsdichtungen in Industrieanlagen und hochdruckbeanspruchte Dichtungen in Motoren von Tiefseeförderanlagen.
  6. Optoelektronik: Klare, leitfähige Folien für Touchpanels, bewegliche Linsen (Autofokus), OLEDs, UV-stabile, flexible PET-Folien, die als Leiterplatte dienen. Die Lebensdauer von robusten Touchpanels erhöht sich von max. 5 Jahren auf 15 Jahre. Einsatzbereich: Vandalismus-sichere Terminals, z.B. an Bushaltestellen.
  7. Medizintechnik: künstliche Muskeln; CNTs werden mit Paraffin zu einem Garn gesponnen, das hohe Kräfte erzeugt, wenn es elektrisch erwärmt wird. Steuerbare Endoskop-Bewegungen, Minipumpen, leistungsfähige und leichte Prothesen.
  8. Heizelemente (Widerstandsheizung): Es können dünne, homogene Matten oder Folien (sogar Papierfolien) hergestellt werden, die mit einer sehr geringen Spannung von wenigen Volt betrieben werden. Für vereiste Tragflächen von Flugzeugen, oder Windflügel, Bodenheizungen, Wandverkleidungen, Sitzheizung in Elektrofahrzeug etc. Dies ist auch als Heizung für Tanks und Rohrleitungen, besonders im Ex-Bereich interessant, da Niedrigspannung < 12 V ausreicht.
  9. Katalysatoren in der Chemie und Verfahrentechnik
  10. Gleitlagerbeschichtung: Die Lebensdauer und der Reibwert der Gleitlager werden durch eine neue Beschichtung mit CNT-Composit wesentlich verbessert, z.B. in Pumpen oder Motoren in Fahrzeugen und Flugzeugen bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung. Die Lager sind dabei selbstschmierend (wie bei Graphit).
  11. CNT-Textile: Leitfähige, dünne Fasermatten zur Detektierung von Flüssigkeitsleckagen in der Hydraulik, Pipelines, Kellerböden etc. Die Feuchtigkeit ruft eine Verformung oder Quellung der Textilmatte hervor, die eine große Widerstandsänderung zur Folge hat = einfache Widerstandsüberwachung.
  12. „Zentallium“ = CNT + Aluminiumpulver = 3 mal fester als Stahl. Fertigung in Kugelmühlen mit nachfolgender Strangpressung. Erste Erfolge mit hochfesten Schrauben und Bolzen, um Titan oder Stahl zu ersetzen (geringeres Gewicht).
simulation nanotube
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Abschließend noch eine Bemerkung zur Toxizität von CNTs: CNT Röhrchen können in Ihrer Reinform karzinogen wirken (Asbest-Effekt). Sie sind in Ihrer Größe unter oder über der kritischen Zellgröße von Makrophargen (= Freßzellen, kritsche Länge < 10 µm). Untersuchungen dazu laufen jetzt erst langsam an. Unkritisch sind m.E. die Composite, wie sie in der Industrie eingesetzt werden. Diese können einzelne CNT- Röhrchen nicht mehr emittieren. Reine CNTs kommen „nur“ in der CNT-Herstellung und während des Transportes mit der Umwelt in Berührung. In diesem Bereich sind bereits größte Vorsichtsmaßnahmen eingeleitet (Kapselung, Unterdruck, Staubabsaugung etc.).

weitere Details www.inno-cnt.de

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17.01.2018 00:36:12