Nanomaterialien werden bei FutureCarbon selbst über eine synthetische Route hergestellt oder von anerkannten Herstellern zugekauft und veredelt. Dabei achtet FutureCarbon nicht nur auf Umweltverträglichkeit der Herstellungs- und Weiterverarbeitungsprozesse. Vielmehr steht neben der technologischen Optimierung auch die verantwortungsbewusste Nutzung der Materialien in Ihrer späteren Anwendung. Aufgrund der synthetischen Herstellung und der vielfältigen Herstellungsmöglichkeiten sind die zur Erzeugung benötigten kohlenstoffhaltigen Rohstoffe nahezu unerschöpflich.
Dieses im Unternehmen verankerte Bewusstsein spiegelt sich nicht nur in den nachfolgend angeführten Entwicklungsprojekten zur Humantoxizität (TRACER) und zur Ökobilanzierung (HARCANA) wider, sondern auch durch die Mitarbeit in verschiedenen Normungsgremien und Fachverbänden. Die Mitgestaltung dieser Normen soll dazu beitragen, die Materialien untereinander vergleichbar zu machen und sie somit in der Anwendung effizient einsetzen zu können.
Kohlenstoffnanomaterialien: Carbon Nanotubes (CNT) und Carbon Nanofasern (CNF)
FutureCarbon stellt Kohlenstoffnanomaterialien in einer großen Bandbreite her. Dabei lässt sich die Klasse der Kohlenstoffnanomaterialien weiter unterteilen in die Klasse der Carbon Nanotubes (CNT) und die der Carbon Nanofasern (CNF). Der wesentliche Unterschied zwischen Carbon Nanotubes und Carbon Nanofasern besteht in der Konfiguration der ihnen zugrunde liegenden, aus der Anordnung von Kohlenstoffatomen entstehenden Flächen: Während die Nanotubes sich durch eine axiale Ausrichtung von überwiegend aus hexagonalen Substrukturen zusammengestellten, konzentrischen Zylinderflächen auszeichnen, sind die Nanofasern durch die parallele und homogene Aneinanderreihung von nanoskopischen Graphenflächen entlang der Achse charakterisiert.
Auf Grundlage der durch die Morphologie bestimmten, materialspezifischen Eigenschaften werden oftmals Technologiesprünge für neuartige oder auch bestehende Systeme zugänglich. Diese Innovationskraft erschließt sich aus der Neuartigkeit der Materialien oder beispielartig auch aus der besseren Verarbeitbarkeit, die aus der geringen notwendigen Dosierung der Nanomaterialien resultiert.
Eigenschaften von Carbon Nanotubes
Carbon Nanotubes sind zylindrische Röhren mit nanoskopischen Maßstäben.
Es existieren sowohl CNT-SW (singlewalled nanotubes) als auch CNT-MW (multiwalled nanotubes). Typische Durchmesser liegen im Bereich von wenigen Nanometern (ca. 5 - 30nm, bei singlewalled Nanotubes auch <1nm), übliche Längen im Bereich von mehreren Millimetern.
Die Substruktur der Nanotubes (“armchair”, “zigzag”) ergibt sich aus der Prozessführung während der Herstellung und beeinflusst unter anderem die Existenz von Halbleitereigenschaften. Die elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten der Rohmaterialien übertreffen konventionelle Materialien deutlich. Dadurch wird insbesondere bei der korrekten Einbringung der Carbon Nanotubes in eine Materialmatrix die Perkolationskurve (=Durchbruchskurve; Auftragung der Leitfähigkeitseigenschaften gegenüber den Materialkonzentrationen) deutlich in Richtung geringer Materialkonzentrationen verschoben. Grundlage für diese vielversprechenden Eigenschaften ist die Bildung eines Netzwerks, das sich das große Aspektverhältnis zwischen Länge und Durchmesser zunutze macht. Die Bildung von Netzwerken unterstützt auch die Verbesserung von mechanischen Eigenschaften in Matrizes, zumal das Basismaterial eine im Vergleich zum Referenzmaterial Stahl bis zu 20fache Zugfestigkeit (11 - 63GPa) aufweist.
Eigenschaften von Carbon Nanofibers
Bei FutureCarbon werden derzeit zwei verschiedene Typen von Carbon Nanofibers gefertigt, nämlich Platelets (CNF-HB) und Herringbones (CNF-HB), die aus der Variation der Aneinanderreihung von parallel angeordneten, nanoskopischen Graphenschichten mit homogenen Interstices entstehen. Ebenso wie die Carbon Nanotubes zeichnen sie sich durch ein großes Aspektverhältnis aus, die typischen Durchmesser betragen je nach Typ zwischen 150 und 300 nm.
Die spezifische Morphologie der Materialien wird u.a. in folgenden Anwendungsfeldern genutzt:
