de.wedoany.com-Bericht: Ein spanisches Forschungsteam hat Kohlenstoffnanoröhren-Fasern entwickelt, deren elektrische Leitfähigkeit die von Kupfer übertrifft und deren Festigkeit höher ist als die von Stahl. Dies bietet eine neue Alternative zu herkömmlichen elektrischen Leitermaterialien.
Mit der rasanten Entwicklung der Elektronik-, erneuerbaren Energie- und Elektrofahrzeugindustrie steigt die Nachfrage auf dem Strommarkt kontinuierlich. Herkömmliche Leitermaterialien wie Kupfer und Aluminium nähern sich ihren Leistungsgrenzen. Kohlenstoffnanoröhren gelten aufgrund ihrer geringen Dichte und hervorragenden elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften seit langem als ideales Material für die Herstellung elektrischer Leiter. Bisher erreichten Kohlenstoffnanoröhren jedoch im industriellen Maßstab nicht das für den Ersatz herkömmlicher Materialien erforderliche Leitfähigkeitsniveau.
Laut Javier Llorca, Forscher am Fachbereich Materialwissenschaften der Universidad Politécnica de Madrid (UPM) und wissenschaftlicher Direktor von Imdea Materiales, wurde in einer gemeinsamen Arbeit von Forschern der UPM, von Imdea und des Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INM) erstmals ein Kohlenstoffnanoröhren-Material entwickelt, das die genannten Einschränkungen überwindet. Die elektrische Leitfähigkeit dieser Kohlenstoffnanoröhren übertrifft die von Kupfer, ihre Festigkeit ist höher als die von Stahl. Die Ergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift „Science" veröffentlicht.
Llorca erklärte, dass diese Einschränkungen durch ein skalierbares Herstellungsverfahren überwunden wurden, das die Dotierung von Kohlenstoffnanoröhren-Fasern mit Tetrachloroaluminat (AlCl₄) ermöglicht. Diese Moleküle lagern sich zwischen den die Fasern bildenden Kohlenstoffnanoröhren ein, ohne deren mechanische Eigenschaften zu verändern. Der Ladungstransfer von Kohlenstoffatomen zu Chloridionen erhöht die Leitfähigkeit auf bis zu 24,5 MS/m (Megasiemens pro Meter), was fast der Hälfte von Kupfer entspricht, jedoch bei nur einem Sechstel der Dichte von Kupfer.
Die Forscher weisen darauf hin, dass die erzielten Eigenschaften der Kohlenstoffnanoröhren für die Elektrifizierung des Verkehrs, einschließlich Elektrofahrzeuge, Drohnen und Flugzeuge, von besonderer Bedeutung sind, da diese Anwendungen große Mengen an Leitern mit möglichst geringer Dichte erfordern. Die Ergebnisse haben auch ein enormes Potenzial im Bereich von Freileitungen, deren Leistung oft durch ihr Eigengewicht begrenzt wird. An der Studie beteiligte Einrichtungen sind die Universidad Politécnica de Madrid, Imdea Materiales und das Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, ein gemeinsames Zentrum des spanischen Nationalen Forschungsrats (CSIC) und der Universität Saragossa.
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