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Synthese und Charakterisierung von Modellverbunden auf der Basis mehrwandiger Kohlenstoff Nanoröhrchen und SiO2
(2001) Seeger, Torsten; Rühle, Manfred (Prof. Dr.)
Der große Elastizitätsmodul und die große Biegedehnung von CNTs führt zu großem Interesse an ihrer Verwendung als Verstärkungsfasern in nanostrukturierten Verbunden. Dieses Interesse gab den Anlaß zu dieser Arbeit. Es wurden Methoden zur Modifizierung der chemisch wenig reaktiven Oberfläche von MWNTs entwickelt. Brom stellte sich dabei als besonders effektiv heraus: TGA sowie HRTEM lassen auf eine Veränderung der CNT-Mantelflächen schließen. Durch Anwendung von Polyelektrolyten wie Polyethylemin (PEI) und Polyacrylsäure (PAA) konnte die Dispergierbarkeit von MWNTs in Wasser wesentlich verbessert werden. Zetapotentialmessungen zeigten, daß die polymerbehandelten CNTs eine erhöhtes Oberflächenpotential aufweisen. Die mit PEI vorbehandelten CNTs ließen sich bei Raumtemperatur mit SiOx-Gel beschichten. Ein anderes Verfahren zur SiOx-Beschichtung basiert auf der Adsorption von Tetraethylorthosilicat (TEOS) auf der CNT-Oberfläche und dessen nachfolgender Zersetzung bei erhöhter Temperatur. Die geringe Benetzbarkeit von MWNTs wurde durch Anwendung der Sol-Gel Technik zur Herstellung eines CNT/SiO2-Volumenverbundes überwunden. In Preß- und Sinterschritten bei 1150 °C entstanden dann Volumenverbunde. Hier ist ein Teil der MWNTs von der SiO2-Matrix umschlossen. Eine Bindung von MWNTs an die Matrix im Verbund konnte gefunden werden. Auf dieser Grundlage und anhand theoretischer Rechnungen wird eine Bindung über Si-C Brücken vorgeschlagen. Durch Einbettung in der SiO2-Matrix bleiben 16 des Kohlenstoffes bis zu 1220 °C an Luft stabil. Diese Temperatur liegt deutlich oberhalb der Oxidationstemperatur reinen MWNT-Materials (ca. 800 °C). Nach der TGA bis 1220 °C konnten MWNTs im Volumenverbund nachgewiesen werden. Es gelang, durch Verdampfung von Fe/Si-gefüllten Graphitelektroden im Lichbogen, SiC Nanowhisker herzustellen. Für das Wachstum wurde der VLS-Mechanismus (vapour-liquid-solid: VLS) für den Lichbogen weiterentwickelt.