Wissensbasierte Entwicklung für maßgeschneiderte Nanokomposite
Leichte Verbundwerkstoffe aus Polymermatrizen mit eingebetteten Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) bieten einzigartige Verbindungen aus Steifigkeit, Festigkeit und sehr hoher Strom- bzw. Wärmeleitfähigkeit. Da noch detaillierte Kenntnisse über ihre Funktionalitäten durch manipulierte CNT-Eigenschaften und -Prozesse fehlen, ist derzeit keine kommerzielle Nutzung möglich. Das EU-finanzierte Projekt "Carbon nanotube confinement strategies to develop novel polymer matrix composites" (POCO) untersucht dieses Problem, mit Schwerpunkt auf der CNT-Polymer-Schnittstelle. Wichtigstes Arbeitsziel war, CNTs kontrolliert zu verteilen, im Polymer zu verankern und nach der Nanostrukturierung ihre Eigenschaften im Festzustand zu optimieren. Anwendungen für die Fallstudie wurden von Benutzern aus Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Bau und Biomedizin definiert. Die Konsortiumsmitglieder untersuchten auch die chemische Funktionalisierung von CNTs. Elektrische und magnetische Felder wurden genutzt, um die Eingrenzung, Positionierung und Ausrichtung der CNTs in der Polymermatrix zu unterstützen. Den Wissenschaftler gelang es, die CNT-Oberflächen zu funktionalisieren, um das Polymerwachstum auf CNT-Oberflächen sowie Selbstorganisationskonzepte des CNT-Wachstums zu kontrollieren. Die Wissenschaftler erzielten eine 5 bis 15%ige Verbesserung der mechanischen Eigenschaften kohlenstoffbasierter Verbundwerkstoffe für die Luftfahrt- und Bauindustrie. Diese kontrollierte Beeinflussung elektrischer Eigenschaften ermöglicht die Produktion polymerbasierter Beschichtungen (für den Antistatikschutz in Luft- und Raumfahrt) und leichter Hybridmetall-Nanokomposita (für die Automobilindustrie). Vorarbeiten für den Einsatz von CNTs als Verstärkung in biologisch abbaubaren Polymeren, etwa für Knochenreparaturen, zeigten vielversprechende Ergebnisse der mechanischen Stabilität und Nichttoxizität. POCO führte zur erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie bei der Entwicklung neuer, kommerzieller Vermarktungskonzepte und der Ausbildung der nächsten Wissenschaftlergeneration. Das Projekt inspirierte dreizehn Doktorarbeiten und mehr als 24 veröffentlichte Artikel in wissenschaftlich anerkannten Fachzeitschriften. Die Fülle der vom Konsortium zusammengetragenen Daten, Techniken und Demonstrationen zu wichtigen Industrieanwendungen garantieren den POCO-Ergebnissen anhaltend hohe Nachwirkung.
