Herstellung von biologisch inspirierten, hochschlagfesten Kohlenstoffnanoröhren-Netzwerkfilmen für Mehrfachschutz unter extremen Umweltbedingungen
Forschende fanden heraus, dass das bioinspirierte Kohlenstoffnanoröhrchen-Netzwerk signifikant höhere Zähigkeit und Stoßfestigkeit aufweist als herkömmliche Schutzmaterialien wie Stahl und Kevlar.
Die Herstellung leichter, hochgradig stoßfester und energieabsorbierender Materialien ist in vielen Bereichen der Gesellschaft – von der Körperpanzerung bis hin zur Luft- und Raumfahrttechnik – dringend erforderlich, insbesondere unter extremen Umweltbedingungen. Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT), eines der stärksten und zähesten Materialien, die je gefunden wurden, haben auch eine gute Leitfähigkeit, chemische Stabilität und thermische Stabilität, was sie zu einem wettbewerbsfähigen Kandidaten als Bausteine macht, um das oben genannte Ziel zu erreichen.
Veranstaltungstipp: Funktionelle Beschichtungen
Beschichtungen sollen inzwischen nicht mehr nur gut aussehen und vor Korrosion schützen. So gut und wichtig beide Eigenschaften sind, viele Kund:innen wollen mehr. Viele dieser Anforderungen lassen sich mit dem Begriff „Funktionale Beschichtungen“ beschreiben. Beliebte Schlagwörter, die hier oft fallen, sind anti-Eis, anti-Graffiti, Selbstheilung oder die oft genannte Haifischhaut. Manche dieser Eigenschaften sind inzwischen gut erforscht und am Markt etabliert, andere haben noch praktische Hürden zu überwinden. Welche funktionellen Beschichtungen zu welcher dieser Kategorien gehören, vermittelt Ihnen das FARBE UND LACK Seminar „Funktionelle Beschichtungen“ am 26.11.2024 in Essen.
In der Forschung wurde eine Art CNT-Netzwerk hergestellt, indem Chlorsulfonsäure (CSA) verwendet wurde, um die innere Spannung von superausgerichteten Kohlenstoffnanoröhrenfilmen (SA-CNTF) zu lösen, und dendritisches Polyamidamin (PAMAM), um mehrere Wasserstoffbrücken und ineinandergreifende Strukturen zu schaffen. Die hergestellten bioinspirierten Kohlenstoffnanoröhren-Netzwerkfilme (PAMAM@C-CNTF) weisen eine hohe Zähigkeit von 45,97 MJ/m3 auf, was einer Steigerung von 420 % im Vergleich zu reinen SA-CNTF entspricht. Noch wichtiger ist, dass die Antistoßleistung der Filme (z. B. mit einer maximalen spezifischen Energieabsorption von 1,40 MJ/kg bei einem Projektilaufprall von 80-100 m/s) die herkömmlicher Schutzmaterialien aus Stahl und Kevlarfasern übertrifft und auch die aller anderen berichteten Materialien auf Kohlenstoffbasis übertrifft. Der hierarchische Energiedissipationsmechanismus wurde durch Experimente und Simulationen weiter aufgeklärt. Zusätzliche Funktionen wie intelligente Heizung/Anti-Vereisung, UV-Schutz und Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen verleihen diesen Netzwerkfilmen ein großes Potenzial für praktische Mehrfachschutzanwendungen, insbesondere unter extremen Umweltbedingungen.
Nano Research, Band 17, Seiten 7793-7802, (2024)