Fundamentals of the growth mechanism, tailored properties and applications of 3D hollow carbon foams

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Autor/in:
Beteiligte Person:
  • Fiedler, Bodo
Verlag/Körperschaft:
Hamburg University of Technology
Erscheinungsjahr:
2019
Medientyp:
Text
Schlagworte:
  • aerographite
  • CVD process
  • PNCs
  • REM
  • TEM
  • Raman
  • 600: Technik
  • 600
Beschreibung:
  • Durch die Entdeckung von Kohlenstoffnanostrukturen (1D, 2D Strukturen) im vergangenen Jahrhundert begann in den darauffolgenden Jahren ein Wettlauf zur Verwendung dieses neuen Werkstofftyps mit herausragenden physikalischen Eigenschaften. Aufgrund der geometrischen Beschränkung von 1D und 2D Kohlenstoffstrukturen wurden um die Jahrtausendwende verschiedenste erstellungstechniken entwickelt, um 3D Kohlenstoffstrukturen zu synthetisieren, welche auch als Kohlenstoffschäume bezeichnet werden. Diese bieten auf Basis deren Morphologie gegenüber den bisherigen Strukturen entscheidende Vorteile, womit sich potentiell neue Anwendungsgebiete im Bereich der Energiespeichersysteme und Katalysatoren ergeben. Dabei beeinflussen insbesondere die Wachstumsmechanismen der Kohlenstoffstrukturen die späteren Eigenschaften. Im Zuge dessen entstehen in der Ausbildung der Kohlenstoffanordnung im hexagonalen Gitter immer wieder Defekte, welche die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Struktur verringern. Diese Defekte können durch Ausheilungsprozesse wie eine Hochtemperaturbehandlung verringert werden. Neben Defekten, wurde auch gezeigt, dass die Anzahl der Kohlenstofflagen die Eigenschaften maßgeblich beeinflussen. Diese Arbeit befasst sich mit der Analyse des Wachstumsmechanismus der 3D Kohlenstoffstruktur Aerographit. Dieser Kohlenstoffschaum weist eine tetrapodischen Morphologie auf und zeichnet sich durch dessen hohe mechanische und elektrische Eigenschaften bei einer geringen Dichte von bis ~ 2 mg/cm³ aus. Im Zuge dessen wird vor allem der Einfluss des Wachstumsmechanismus auf die Eigenschaften beziehungsweise die kontrollierte Veränderung der Eigenschaften wie zum Beispiel der elektrischen Leitfähigkeit untersucht. Dabei kann durch eine gezielte Prozessführung, während der Synthese IV von Aerographit in der chemischen Gasphasenabscheidung, die Wandstärke der Tetrapoden gezielt variiert werden. Wobei durch eine nachgeschaltete Temperaturbehandlung von Aerographit, in Abhängigkeit der Temperatur und deren Haltezeit, kommt es zu einer schrittweisen Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit. Weiterhin wird in dieser Arbeit eine Variation der Morphologie und des herstellungsprozesses für 3D Kohlenstoffschäume untersucht. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf eine anwendungsbezogene Morphologie und eines vergleichsweise vereinfachten Herstellungsprozesses der neu entwickelten Kohlenstoffstruktur. Der dabei entwickelte Kohlenstoffschaum weist eine globulare Morphologie auf und wird auf Basis eines keramischen Grundkörpers hergestellt. Durch dieses Herstellungsverfahren lassen sich unter Verwendung von thermodynamischen Berechnungen katalytisch aktive Materialien dem keramischen Grundkörper zufügen, welche gezielt nach dem CVD Prozess in dem gebildeten Kohlenstoffschaum verbleiben. Dabei kann diese Methode zu einem beliebig vielfältigen Anwendungsspektrum im Bereich der Katalysatoren führen.
Lizenzen:
  • info:eu-repo/semantics/openAccess
  • http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Quellsystem:
TUHH Open Research

Interne Metadaten
Quelldatensatz
oai:tore.tuhh.de:11420/2843