Entwicklung von gerichteten (CNT) und 3-dimensional vernetzten Kohlenstoff basierten Nanokompositen

Ziel des Forschungsprojektes ist es, die hervorragenden elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoff-basierten Nanopartikeln, wie gerichtete Kohlenstoffnanotubes (CNTs) oder aber die neuartigen im Institut für Kunststoffe und Verbundwerkstoffe synthetisierten dreidimensional vernetzten Aerographite über mehrere hierarchische Ebenen zu nutzen, deren physikalische Wechselwirkungen zu beschreiben und zu verstehen und daraus das Anwendungspotential, auch in Verbindung mit Glas- oder Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoffen, zu nutzen. Umfangreiche Vorarbeiten mit gerichteten CNT/Epoxid-Kompositen führten bereits zu elektrischen Leitfähigkeiten von 36.000 S/m bei einem vielfach gesteigerten E-Modul. Möglich wurden diese bisher einzigartig guten Kennwerte durch ein kombiniertes Verdichtungs-/Harzinfiltrationsverfahren, das einen CNT-Gewichtsanteil von 68 wt.% ermöglicht. Im Rahmen des Projektes sollen die Piezoresistivität und die elektrischen und thermischen Leitungsmechanismen gezielt untersucht werden, so dass derartige Komposite in der Elektronik oder als Lastsensoren genutzt werden könnten. In Verbindung mit Kohlenstofffaser verstärkten Polymeren wäre langfristig sogar die Verwendung für Blitzschutzaufgaben denkbar.

Die neu entwickelten Aerographite (vgl. Abschn. 3.3.1) sollen bezüglich ihres Einflusses auf die elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften derartiger Nanokomposite untersucht werden. Bei ihrer Integration in ein Polymer führt dies zu einem dreidimensionalen Netzwerk, so dass hier isotrope Eigenschaften zu erwarten sind mit einer Struktur, ähnlich der in TP B2. Gerade durch die gegebene Möglichkeit, dass die Netzwerkstruktur kontrolliert einstellbar ist, wird ein tieferes Verständnis für die verschiedenen Klassen von el. Leitfähigen Polymernanokompositen erwartet.

In der ersten Antragsphase steht die Optimierung zur Synthese von CNT-Wäldern, deren Integration in Polymere und die Maximierung der mechanischen, elektrischen und thermischen (anisotropen) Eigenschaften im Vordergrund des Interesses (Kooperation TP B3 und TP B4). Diese Arbeiten münden in die zweite Antragsphase hinein. Wobei dann verstärkt die Einbindung dieser Nanokomposite in Faserverbundwerkstoffe erfolgen wird. Parallel werden weitere Arbeiten zur Untersuchung der Komposite basierend auf Aerographiten durchgeführt. Diese neuartige Struktur wird die Forschungsarbeiten in den weiteren Projektphasen dominieren.