Funktionalisierung mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren mit Atmosphärendruckplasma

Die prognostizierten mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) haben im Zusammenspiel mit der sehr anschaulichen Struktur schnell das Interesse von Wissenschaftlern geweckt. Um die Eigenschaften dieser Nanoteilchen auch makroskopisch nutzen zu können, werden sie typischerweise in Polymermatrizes eingebracht. Derartige Verbundwerkstoffe können in Zukunft den wachsenden Anforderungen an Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit im Automobil- und Flugzeugbau gerecht werden. Bereits heute schon werden CNTs zur Gewichtsersparnis in der Raumfahrt sowie in miniaturisierten Gassensoren eingesetzt. Eine einheitliche Verteilung der CNTs in der Matrix ist jedoch eine Grundvorraussetzung für eine effektive Verbesserung der Kompositeigenschaften. Daher ist eine Funktionalisierung der CNT-Oberfläche hinsichtlich der ausgewählten Polymermatrizes und der avisierten Anwendung unerlässlich. Eine Alternative zur nasschemischen Säurefunktionalisierung, bei der die Chemikalien aufwändig entsorgt werden müssen, bietet die Funktionalisierung der CNTs in einem Plasma unter Atmosphärendruck-Bedingungen. Plasmen bei Atmosphärendruck erfordern keine kostenintensive Vakuumausstattung, erlauben eine kontinuierliche Behandlung und sind prinzipiell kompatibel zur großtechnischen Gasphasensynthese der CNTs. Bei dem neuen in diesem Buch beschriebenen Plasma-Ansatz werden nur Wasser und Luft eingesetzt, die reichlich vorhanden und ökologisch unbedenklich sind. In diesem Werk wird aufgezeigt, wie sich die Interaktion zwischen Plasma und CNTs auf deren Struktur sowie auf die Erzeugung funktionellen Gruppen auswirkt. Dabei erscheint das Spektrum an darstellbaren Funktionalitäten in etwa so vielfältig wie die Strukturvariationen des Kohlenstoffs selbst. In erster Linie werden jedoch Carboxy- und Hydroxy-Funktionalitäten auf den CNT-Oberflächen generiert. Weiterhin wird ein Modell für die Verbesserung der Dispergierbarkeit der CNTs vorgestellt und es werden die Interaktion mit einem Metall sowie die Veränderung der mechanischen und elektrischen Kenngrößen von CNT/Polymer-Kompositen thematisiert.