Carbon-Nanotube-Garn, Muskel- und transparente Folien

Kohlenstoff-Nanoröhrchen
Carbon Nanotubes (CNTs) haben eine hohe Festigkeit und einen hohen Modul, eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und sind bei relativ hohen und niedrigen Temperaturen stabil. Einzelne Nanoröhren können 100-mal stärker sein als Stahl.
Um die außergewöhnlichen Eigenschaften einzelner Nanoröhren in verschiedenen Anwendungen effektiv zu nutzen, müssen kontinuierliche reine CNT-Garne und Verbundgarne mit hohem CNT-Gehalt hergestellt werden.
MWCNTs verstärkte PAN-Fasern und CNT/Cellulose-Endlosgarne aus Bambus können verwendet werden, um mit CNT gefüllte multifunktionale Produkte durch Elektrospinnen herzustellen. Dieses Verfahren kann durch den Einbau von CNT in die Nanofasern zu erheblichen Verbesserungen der mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften des Garns führen. SWCNT-Fasern können auch aus Flüssigkristalllösungen hergestellt werden, um kontinuierliche reine CNT-Fasern zu erhalten.
Herstellung von CNT-Garn
Ein kontinuierliches CNT-Fasergarn aus mehreren Fäden aus hochreinen doppelwandigen Kohlenstoffnanoröhren kann in einem horizontalen CVD-Gasdurchflussreaktor mit Wasserdampfverdichtung durch das Spinnverfahren hergestellt werden. Wasserdampf wird verwendet, um ein homogenes Schrumpfen des CNT-Sockenverbandes mit dichtem Faden von 1–3 mm Dicke und hochporöser Struktur (99 %) mit mechanisch starken und elektrisch leitfähigen Eigenschaften zu erzielen. Das CNT-Garn kann eine gut kontrollierte kontinuierliche Wicklung aufweisen. Das Garn kann mit Polymeren infiltriert werden, um einen Verbund zu bilden, und mit anderen Garnen gemischt werden, um eine Mischung zu bilden, die für verschiedene strukturelle und funktionelle Anwendungen auf CNT-Basis verwendet werden kann.
Künstliche Muskeln aus CNT
Carbon Nanotubes können zum Aufbau künstlicher Muskeln verwendet werden, da CNTs zu Garnen verarbeitet werden können, die als nahtlose Hohlzylinder aus den Graphitschichten bestehen.
Forscher behaupten, dass die von ihnen entwickelten künstlichen Muskeln große, ultraschnelle Kontraktionen ausführen können, um Gewichte zu heben, die 200-mal schwerer sind, als es für einen natürlichen Muskel der gleichen Größe möglich wäre. Aber derzeit ist der künstliche Muskel nicht geeignet, Muskeln im menschlichen Körper direkt zu ersetzen.
Herstellung von CNT-Muskeln
Die künstlichen Muskeln werden hergestellt, indem ein volumenveränderndes Paraffinwachs in Zwirn aus Carbon-Nanotubes infiltriert wird. Erhitzen des wachsgefüllten Garns, entweder elektrisch oder mittels Lichtblitz, bewirkt eine Ausdehnung des Wachses, eine Zunahme des Garnvolumens und eine Kontraktion der Garnlänge der spiralförmigen Struktur, die durch das Zwirnen des Garns entsteht.
Muskelanwendungen
Diese Garnmuskeln sind einfach und haben eine hohe Leistung, und die Muskelkontraktion oder -bewegung kann ultraschnell sein und sowohl für die Aktivierung als auch für die Umkehrung in 25 Tausendstelsekunden erfolgen. Sie können für vielfältige Anwendungen in Robotern, Kathetern für die minimal-invasive Chirurgie, Mikromotoren und Mischern für Mikrofluidikkreise, abstimmbaren optischen Systemen, Mikroventilen, Stellungsreglern und sogar Spielzeugen verwendet werden.
Carbon Nanotube Sheets
Es ist schwierig, die Billionen von Nanoröhren ohne die Verwendung von Bindemitteln zu Objekten von Makrogröße zusammenzusetzen. Dieser Aspekt hat das Wachstum praktischer Anwendungen verzögert.
Durch gleichzeitiges Rotieren von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in vertikal ausgerichteten Nanoröhren-Anordnungen (Wäldern) können breite und lange transparente Folien gebildet werden. Diese selbsttragenden Nanoröhrenfolien werden zunächst als stark anisotropes, elektronisch leitendes Aerogel gebildet, das zu starken dünnen Folien verdichtet werden kann. Diese Nanoröhrenfolien wurden zum Mikrowellenbonden von Kunststoffen und zur Herstellung transparenter, hochelastomerer Elektroden verwendet; planare Quellen polarisierter Breitbandstrahlung; Durchführung von Applikationen; und flexible organische Leuchtdioden.