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Untersuchungen zur templatgestützten Herstellung und zum Anwendungspotential hochgeordneter Kohlenstoffnanoröhren

Popp, Alexander :
Untersuchungen zur templatgestützten Herstellung und zum Anwendungspotential hochgeordneter Kohlenstoffnanoröhren.
Eduard-Zintl-Institut, Anorganische und Physikalische Chemie, TUD
[Ph.D. Thesis], (2009)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Untersuchungen zur templatgestützten Herstellung und zum Anwendungspotential hochgeordneter Kohlenstoffnanoröhren
Language: German
Abstract:

Die Anordnung und Integration von Kohlenstoffnanoröhren stellt eine große Herausforderung dar, will man in Zukunft diese Materialien in größerer Breite im Hinblick auf ihre außergewöhnlichen funktionellen Eigenschaften verwenden. Ziel dieser Arbeit war es, Kohlenstoffnanoröhren über einen Abformprozess anzuordnen und die Röhrenlänge, den Röhrendurchmesser sowie die Wandstärke definiert einzustellen. Dadurch sollte die Integration flächig angeordneter Bereiche von Kohlenstoffnanoröhren erzielt werden und damit neue Einsatzmöglichkeiten von Kohlenstoffnanoröhren erschlossen werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren unter Verwendung von porösem Aluminiumoxid als formgebendes Material (Templat) durchgeführt. Dieses zeichnet sich durch parallel verlaufende, zylindrische Poren aus und konnte somit als Grundlage für die Abformung von Röhren dienen. Die Abbildung der porösen Form wurde durch eine Infiltration von Kohlenstoff aus der Gasphase erreicht. In einem Folgeschritt wurde das Negativ-Abbild der Poren durch säure-basierte Ätzprozesse in Form einer monolithischen, hochgeordneten Kohlenstoffnanoröhren-Struktur erhalten. Die monolithische Kohlenstoffstruktur besteht aus parallel angeordneten Kohlenstoffnanoröhren, die in eine obere und untere Kohlenstoffdeckschicht senkrecht zur Röhrenachse übergehen. Nach eingehender Charakterisierung des Kohlenstoffmaterials mittels REM, TEM, SAED, Raman und XRD diente speziell die obere und untere Deckschicht an den Enden der Röhren für eine Integration der Nanoröhren in mikroskopische und makroskopische Einheiten. Hierdurch gelang die Umsetzung verschiedener Beispiel-Anwendungen wie - die Herstellung neuer nanoröhren-verstärkter Metall- und Keramikkomposite mit definiertem Röhrenabstand - der Bau eines nanostrukturierten Reaktors im kontinuierlichen Betrieb - die Erzeugung artifizieller Haftstrukturen mit den Haftstrukturen des Geckos als Vorbild. - der Aufbau einer neuen Sensorarchitektur basierend auf der monolithischen Kohlenstoffnanoröhrenstruktur.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Carbon nanotubes (CNTs) are promising materials for future devices due to their unique properties. However, a reliable connection of CNTs into micro-components remains one of the main challenges and is thus a limiting factor for their implementation into devices. A unique configuration of vertically aligned carbon nanotubes is reported which permits an easy micro-nano-integration: CNTs were grown via chemical vapor deposition (CVD) using porous alumina as a template. After removal of the template a carbon negative copy was obtained as a self-supporting and flexible monolithic structure. The monolith consists of freestanding, parallel aligned CNTs merging into a top and bottom carbon layer perpendicular to the tube axes. The 3D structure formed was built in macroscopic dimensions of up to 3 cm^2 with tube diameters ranging from 10 to 200 nm depending on the template geometry. It can be handled easily with tweezers and shows a remarkable mechanical stability, but is at the same time flexible and bendable. The nature of the carbonaceous material was further investigated by methods such as SEM, TEM, SAED, Raman spectroscopy and XRD. Subsequently, the conductive carbon layers covering both ends of the CNTs played the key role in connecting the nano-elements to micro- or macro-components. Different applications have been realized and demonstration devices such as - CNT reinforced metal and ceramic composites with well-defined tube interspaces, - a nano-structured microreactor operated in continuous-flow mode, - dry adhesives mimicking Gecko-feet with branched tubes and altered tip geometries, - a novel CNT-based sensor-architecture have been fabricated based on the monolithic carbon structure.English
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Höchstfrequenzelektronik
Fachbereich Chemie > Anorganische Chemie
Fachbereich Chemie > Technische Chemie
Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaften
Date Deposited: 14 Sep 2009 06:53
Last Modified: 07 Dec 2012 11:55
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-19048
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Schneider, Prof. Dr. Jörg J. and Vogel, Prof. Dr.- Herbert
Refereed: 20 July 2009
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1904
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