Kohlenstoffbasierte Materialien

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Kohlenstoff als Graphit oder Diamant ist seit Jahrtausenden bekannt und in vielen industriellen Produkten im Einsatz. Carbonfasern werden intensiv seit den 1960er Jahren erforscht und haben innovative Produkte vor allem im Leichtbau sowie in der Luft- und Raumfahrt, der Windkraft oder im Rennsport hervorgebracht. 

Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes, CNT) und Kohlenstoffnanofasern (CNF) gelten aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften als das Material des 21. Jahrhunderts. Neben einwandigen (single wall, SWNT) und mehrwandigen (multi wall, MWNT) stehen inzwischen auch doppelwandige (DWNT) und chemisch funktionalisierte Nanotubes kommerziell zur Verfügung. Ergänzt wird das Materialspektrum durch eine Vielzahl unterschiedlicher Carbon Nanofasern, die z. B. als Heringbone oder Platelets unterschieden werden. In jüngster Zeit werden auch einzelne Grafitschichten, sogenanntes Graphen, hergestellt und verarbeitet.
 
Das Fraunhofer IGB verfügt über langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Charakterisierung, Oberflächenanalytik, Modifizierung, Funktionalisierung, Dispergierung und Verarbeitung kohlenstoffbasierter Materialien. Neben Bucky Papern (CNT-Sheets) stehen auch Polymerkomposite, Membranen, transparente leitfähige Schichten, Elektrodenmaterialien etc. im Fokus. Ein großer Schwerpunkt liegt auch auf der toxikologischen Bewertung.

 

Forschungsthemen

  • Aufreinigung des CNT-Materials
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  • Herstellung von Bucky Paper
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  • Charakterisierung von CNT und Bucky Paper
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  • Funktionalisierung von CNT und Bucky Paper
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  • CNT für den Einsatz als Aktoren (Künstliche Muskeln)
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  • Untersuchung von Biokompatibilität und Toxizität
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Wissenswertes

  • Was sind Carbon Nanotubes? Strukturen, Eigenschaften, Herstellungsverfahren
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Projekte

Gerne stehen wir Ihnen als Forschungspartner sowohl in bilateralen Kooperationen als auch in öffentlich geförderten Konsortien (z. B. BMBF, BMWi, Landesprojekte oder EU-Projekte) zur Verfügung. Sprechen Sie uns an.

  • Auswahl bisheriger Projekte

Leistungen

  • Charakterisierung von Kohlenstoff-Nanomaterialien zu jedem Zeitpunkt des Herstellungs- und Verarbeitungsprozesses hinsichtlich:
  • Struktur/Morphologie
  • Atomare Zusammensetzung
  • Leitfähigkeit
  • Funktionalisierung
  • Benetzbarkeit
  • Pfropfeigenschaften
  • Toxizität/Biokompatibilität
  • Partikelcharakterisierung
  • Herstellung von Bucky Paper und CNT-basierten Membranen
  • Entwicklung von CNT-Polymerkompositen
  • Funktionalisierung und/oder Beschichtung solcher Materialien mittels Plasmatechnologie, Nasschemie oder Pfropftechniken für
  • Veränderte Benetzbarkeit/Löslichkeit
  • Entwicklung von Polymer-Kompositen
  • Toxizitäts- und Biokompatibilitätsuntersuchungen mit hauseigenen Zell-Testsystemen
  • Produktentwicklung

Ausstattung

Plasmareaktor für CNT-Behandlungen 
Plasmareaktor für CNT-Behandlungen.


Plasmareaktor für CNF-Behandlungen 
Plasmareaktor für CNF-Behandlungen.
  • Plasmareaktoren für CNT/CNF-Behandlungen

Am Fraunhofer IGB haben wir eigens für die Plasmabehandlung von Kohlenstoff-Nanomaterialien zwei Plasmareaktortypen konstruiert und gebaut. Ein DIN-A3-Parallelplattenreaktor eignet sich für die Behandlung von zweidimensionalem Bucky Paper. Im vertikal ausgerichteten Rohr-Fließbettreaktor können wir CNT-Pulver modifizieren.

Bucky Paper
Bucky Paper.
  • Verarbeitung von Bucky Paper/CNT
  • Herstellung von Bucky Papern
  • Herstellung von CNT-Polymer-Kompositen
  • Elektrospinning
  • Extrusion

Publikationen

2002

Vohrer, U., Entwicklung von "Bucky Papern" für den Einsatz als künstlicher Muskel. Fraunhofer IGB Jahresbericht 2002, 2002, 80-81;

2003

Vohrer, U., Development of "bucky paper" for the use as artificial muscles. Fraunhofer IGB, Biennal Report 2002/2003 2003, 80-81;

2004

Haque, M. H.; Kolaric, I.; Vohrer, U.; Wallmersperger, T.; Kroeplin, B. In Carbon nanotube sheet actuator: theoretical and experimental investigations, Smart Structures and Materials 2004: Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD), San Diego, CA, USA, SPIE: San Diego, CA, USA, 2004; pp 249-259

Vohrer, U.; Kolaric, I.; Haque, M. H.; Roth, S.; Detlaff-Weglikowska, U., Carbon nanotube sheets for the use as artificial muscles. Carbon 2004, 42 (5-6), 1159-1164

2005

Pötschke, P.; Hornbostel, B.; Roth, S.; Vohrer, U.; Dudkin, S. M.; Alig, I. In Purification and Percolation --- Unexpected Phenomena in Nanotube Polymer Composites, ELECTRONIC PROPERTIES OF NOVEL NANOSTRUCTURES: XIX International Winterschool/Euroconference on Electronic Properties of Novel Materials, Kirchberg, Tirol (Austria), AIP: Kirchberg, Tirol (Austria), 2005; pp 596-601

Vohrer, U., Carbon nanotubes - material of the 21st century. Fraunhofer IGB, Biennal Report 2004/2005 2005, 48-49

2007

Li, Z.; Papakonstantinou, P.; Tobin, J. M.; Wang, K.; Vohrer, U.; Morris, M. A.; Kumar, S.; Attard, G.; Holmes, J. D., Supercritical Fluid Growth of Porous Carbon Nanocages. Chem. Mater. 2007, 19, 3349-3354

Schütz, W.; Michl, F.; Forero, S.; Mertsching, H.; Vohrer, U.; Brenner, M.; Peter, T.; Voetz, M.; Willmann, S.; Niederalt, C.; Ragot, J.; Oeben-Negele, M.; Übelmesser, P.; Sandner, H. In Toxicology and health risk assesment of carbon nanomaterials (TRACER), Procceedings -EuroNanoForum 2007, Nanotechnology in Industrial Applications, Düsseldorf, Düsseldorf, 2007; pp 142-144

Vohrer, U., Plasma functionalization of carbon nanotubes and bucky papers. Fraunhofer IGB, Jahresbericht / Annual Report 2006/07 2007, 30-31

Vohrer, U., Carbon Nanotubes - Materials for the 21st Century? NanoS 2007, 3, 9-13

Vohrer, U.; Zschoerper, N. P., Kohlenstoff-Nanoröhren - Phönix aus der Asche. Vakuum in Forschung und Praxis 2007, 19 (2), 22-30

Vohrer, U.; Zschoerper, N. P.; Katzenmaier, V.; Barz, J.; Oehr, C.; Brunner, H. In Analytical assessment and functionalization of carbon nanotubes and bucky papers, Procceedings -EuroNanoForum 2007, Nanotechnology in Industrial Applications, Düsseldorf, Düsseldorf, 2007; p 267;

Vohrer, U.; Zschoerper, N. P.; Koehne, Y.; Langowski, S.; Oehr, C., Plasma Modification of Carbon Nanotubes and Bucky Papers. Plasma Processes and Polymers 2007, 4, S871-S877;

Zschoerper, N. P.; Vohrer, U.; Oehr, C.; Brunner, H. In Plasmabehandlung von Carbon Nanotube Pulver und Bucky Papers, 13. Fachtagung Plasmatechnologie (PT 13), Bochum, 06 March 2007; Bochum, 2007;

2008

Vohrer, U., Zwergenwelt mit Innovationspotential. nanoworld 2008, 01, 41-43;

Vohrer, U.; Zschoerper, N.; Moller, B., Carbon Nanotubes  -  A Material rising like a Phoenix. Vakuum in Forschung und Praxis - Vacuums Best 2008, 20 (S1), 38-46;

 

2009

Pötschke, P.; Zschoerper, N. P.; Moller, B. P.; Vohrer, U., Plasma Functionalization of Multiwalled Carbon Nanotube Bucky Papers and the Effect on Properties of Melt-Mixed Composites with Polycarbonate. Macromol. Rapid Commun. 2009, 30;

 Zschoerper, N. P.; Katzenmaier, V.; Vohrer, U.; Haupt, M.; Oehr, C.; Hirth, T., Analytical investigation of the composition of plasma-induced functional groups on carbon nanotube sheets. Carbon 2009, 47, 2174-2185.

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