Die Verringerung der Abmessungen von Objekten aus dem Milli- und Mikrobereich hin bis in den Nanometerbereich, also einen weiteren Faktor 1000, eröffnet faszinierende Ansätze für neuartige technische Anwendungen und das in mehreren Dimensionen:
Einerseits können im Rahmen der Miniaturisierung der Bauelemente Kabel in der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik durch die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhrchen, sogenannten Nanotubes, ersetzt werden. Andererseits kann durch die Nanotechnologie eine gezielte Verbesserung spezifischer Materialien erreicht werden. So kann der Anstieg der spezifischen Oberfläche von Objekten bei Verringerung der Abmessungen gesteigert werden. Dies ist wichtig in Bereichen der Katalyse und der Filtertechnik. Die Nanotechnologie ist weiter noch beim Auftreten neuartiger Eigenschaften in Materialien von großer Bedeutung. Bei Halbleitern ist die Reduzierung der Abmessungen mit dem Auftreten von Quanteneffekten verbunden, die in Anwendungen der optischen Informationstechnologie als Halbleiterquantenfilme, Quantendrähte oder Quantenpunkte auftreten.
In dieser Studienarbeit möchte speziell auf Nanotubes eingehen und dabei auch deren Ursprung und Entwicklung aufzeigen. Hierbei gehe ich schrittweise vor - von den ersten Experimenten - über die Molekularstrukturen - bis hin zum Verhalten gegenüber anderen Stoffen und Anwendungsbeispielen der Nanotubes.
Mein Ziel ist das enorme wissenschaftliche Potential der Nanotubes durch ihre hohe Festigkeit und der Eigenschaft Bewegungen auszuführen, wodurch sie als hochwirksame Aktoren mit noch nicht da gewesenem Arbeitsvermögen existieren können, zu unterstreichen.
Inhaltsverzeichnis
Vorbetrachtung
Historie
Bildung langkettiger C Moleküle
Beweis des Fussballförmigen C Moleküls
Bildung und Teilung von Fullerenen
Die Nanotubes –
Einführung
Molekulare Bindung
Anwendungen der Fullerene und Nanotubes
Herstellung von Nanotubes –
Nanotubes durch Benetzung von porösen Masken
Herstellung von Nanotubes – Makroporöse Masken aus Silizium
Zielsetzung und Themen
Diese Seminararbeit untersucht das wissenschaftliche Potenzial von Kohlenstoffnanoröhrchen (Nanotubes), wobei die historische Entwicklung von der Entdeckung der Fullerene bis zu modernen Herstellungsverfahren und technischen Anwendungsmöglichkeiten dargelegt wird. Ziel ist es, die außerordentlichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Nanotubes aufzuzeigen, die sie als vielversprechende Aktoren und Komponenten in der Zukunfts-Technologie positionieren.
- Historische Herleitung über Fullerene und C60-Moleküle
- Mechanische Eigenschaften und Struktur von Nanotubes
- Anwendungsmöglichkeiten in Medizin und Elektronik
- Verfahren zur Herstellung mittels poröser Masken
- Technologische Herausforderungen und zukünftige Potenziale
Auszug aus dem Buch
Die Nanotubes – Einführung
Im Jahr 1991 beobachteten Wissenschaftler von NEC wie sich während der Fullerenherstellung röhrenförmige C-Moleküle mit einer dem Graphit sehr ähnlichen Sechseckstruktur bildeteten. Bildlich gesehen scheinen diese Röhrchen eine Art zusammengerollte Graphitebene zu sein. Diese nannte man Nanotubes. Ihre Länge kann bis zu 1mm betragen und ihre Erscheinungsformen variieren von einwandig bis 50-wandigen Nanotubes. Der Durchmesser beträgt zwischen 1nm und 30nm. Treten Nanotubes mehrwandig auf, so beträgt der Abstand zwischen den einzelnen Schichten schätzungsweise 0,34nm, was unglaublich gering erscheint. An den Enden haben die Nanotubes die Form abgeschnittener Fullerene. Die Kohlenstoffröhrchen sind 1/1000 so stark wie Kohlefasern.
Aufgrund der starken Bindungskräfte besitzen Nanotubes ein Vielfaches an Festigkeit und Steifigkeit als alle bisher bekannten Stoffe. Kombiniert man ihre überragenden mechanischen Eigenschaften mit ihrer Möglichkeit durch Stromfluss Bewegungen auszuführen, bieten Nanotubes folgende Möglichkeiten: Anwendungen im Bereich künstlicher Muskeln, elektronischer Komponenten, Verstärkungen von Verbundstoffen und Wasserstoffspeicherung für Brennstoffzellen. Nanotubes sind darüber hinaus Feuer- und Temperaturbeständig bis 1500°C. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Leitfähigkeit, welches einen Einsatz in Flachbildschirmen ermöglichen könnte.
Zusammenfassung der Kapitel
Vorbetrachtung: Einführung in die Nanotechnologie und die Zielsetzung der Arbeit, die sich auf das enorme Potenzial von Nanotubes konzentriert.
Historie: Darstellung der historischen Wurzeln von Fullerenen und der Meilensteine, die zur Entdeckung des C60-Moleküls führten.
Bildung langkettiger C Moleküle: Erläuterung der experimentellen Simulation zur Entstehung von Kohlenstoff-Clustern im Weltraum.
Beweis des Fussballförmigen C Moleküls: Beschreibung der analytischen Methoden wie NMR-Spektroskopie zur Bestätigung der Struktur von C60.
Bildung und Teilung von Fullerenen: Analyse der Mechanismen zur Entstehung und zum Zerfall von Fullerenkäfigen.
Die Nanotubes –: Umfassende Einführung in die Eigenschaften, Strukturmerkmale und potenziellen Einsatzfelder von Nanotubes.
Herstellung von Nanotubes –: Detaillierte Untersuchung von Fertigungsmethoden, insbesondere durch Benetzung poröser Masken und die Nutzung von Siliziumstrukturen.
Schlüsselwörter
Nanotubes, Kohlenstoffnanoröhrchen, Fullerene, C60-Molekül, Nanotechnologie, Miniaturisierung, Materialwissenschaft, Halbleiter, Elektrische Leitfähigkeit, Poröse Masken, Chemische Gasphasenabscheidung, PECVD, Kohlenstoff-Cluster, Werkstofftechnik, Strukturmerkmale.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Seminararbeit grundlegend?
Die Arbeit behandelt das Thema Nanotubes, ihre Entdeckung, Struktur sowie ihre vielfältigen technischen Anwendungsmöglichkeiten im Mikrobereich.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Felder umfassen die Geschichte der Fullerene, den molekularen Aufbau, die Materialeigenschaften und verschiedene Herstellungstechniken.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, das wissenschaftliche Potenzial von Nanotubes aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Leitfähigkeit als innovative technische Aktoren aufzuzeigen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden erwähnt?
Es werden experimentelle Verfahren zur Cluster-Bildung, die NMR-Spektroskopie zur Strukturanalyse und Herstellungsverfahren wie das Lichtbogenverfahren oder die Benetzung poröser Masken beschrieben.
Was ist der Inhalt des Hauptteils?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen des C-Moleküls, die Einführung in Nanotubes und ihre spezifischen Herstellungstechniken.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Schlüsselbegriffe sind Nanotubes, Fullerene, Materialhärte, elektrische Leitfähigkeit und Nanostrukturen.
Wie wurde die Fußballform von C60 bewiesen?
Durch den Einsatz der NMR-Spektroskopie konnten äquivalente Atomanordnungen nachgewiesen werden, was die Kugelstruktur stützte; finale Gewissheit gab eine Röntgenstrukturanalyse am sogenannten Bunnyball.
Warum ist das Verfahren zur Herstellung mittels poröser Masken bedeutend?
Diese Methode erlaubt die präzise Kontrolle der Abmessungen von Nanostrukturen und die Synthese aus verschiedensten Materialien, was die industrielle Anwendbarkeit erhöht.
- Quote paper
- Stefan Kämpfer (Author), 2004, Nanotubes. Unter Einbeziehung ihrer Entdeckung und Anwendungsmöglichkeiten, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/41800
