Kunststoffe Optimierte elektrische Leitfähigkeit durch Nanopartikel

Am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM haben Forscher ein Verfahren für die Herstellung neuer Werkstoffe entwickelt, das Flugzeuge vor Blitzeinschlägen besser schützen soll.

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Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angew. Materialforschung - IFAM -

Die Wissenschaftler setzen dabei auf die einzigartigen Materialeigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhren, kurz CNTs (Carbon Nanotubes). Sie zeichnen sich durch eine besonders hohe Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit aus. Um diese Eigenschaften auf kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zu übertragen, vermischen die Wissenschaftler die Nanopartikel mit dem Kunststoff. Um die Nanopartikel sehr homogen mit dem Polymer verbinden zu können, nutzen die Forscher die Plasmatechnologie: Mit einem Atmosphärenplasma verändern sie die Oberfläche der Partikel derart, dass sie sich chemisch leichter mit dem Polymer verbinden. Die Partikel fallen in das jeweilige Lösungsmittel, das für die Weiterverarbeitung des Polymers verwendet werden kann. Nur wenige Sekunden dauert dieser Prozess – ein Vorteil, denn früher hat man CNTs meist nasschemisch in einem Säurebad aufbereitet. Das dauerte Stunden bis Tage, und die Abfallmengen sowie der Verbrauch an Chemikalien waren wesentlich höher.

Weitere Anwendungen für nanopartikelversetzte Kunststoffe

Neben den verbesserten kohlenstofffaserverstärkten Kunstoffen für den Flugzeugbau haben die IFAM-Forscher gleich mehrere Anwendungen im Visier: Zum Beispiel können sie die Wärmeableitung von elektrischen Bauelementen erhöhen, indem sie Metallpartikel aus Kupfer oder Aluminium im Plasma elektrisch isolierend beschichten und dann in ein Polymer einrühren. Dieses kann man auf das elektronische Bauteil drucken, sodass die Wärme direkt abgeführt wird. Auch elektromagnetische Verluste können die Forscher reduzieren, indem sie weichmagnetische Partikel wie Eisen in diesem Plasmaprozess beschichten und dann Kunststoffen beimengen. In Elektromotoren verbaut, verringern sie Wirbelstromverluste, und sorgen damit für einen erhöhten Wirkungsgrad und eine längere Lebensdauer.

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