Funktionalisierte Nanomaterialien für Komposite

Der Schlüssel zu einer erfolgreichen Nutzung von Kohlenstoff-Nanopartikeln (z. B. Carbon Nanotubes (CNTs) oder Graphen) als Füllstoffe in Kompositmaterialien (Metalle, Keramik und Polymere) ist die Funktionalisierung der Oberfläche der Partikel. Nicht-funktionalisierte Kohlenstoff-Nanopartikel sind oft nur unzureichend kompatibel mit dem Matrixmaterial. Damit ist eine vollständige Übertragung ihrer hervorragenden Eigenschaften auf das Matrixmaterial nicht möglich.

Eigenschaftsverbesserungen, wie eine mechanische Verstärkung des Matrixmaterials, werden nur teilweise erreicht. Durch eine Funktionalisierung kann die Anbindung der Partikel an das Matrixmaterial und deren Benetzbarkeit ebenso verbessert werden wie die gleichmäßigere Verteilung im Matrixmaterial. Eine Beschichtung (z. B. Titandioxid) schützt zudem vor thermischer oder mechanischer Belastung, wenn die Partikel in der  Produktion verarbeitet werden.

Mit solchen beschichteten CNTs werden in metallischen Kompositen (z. B. mit Aluminium als Matrixmaterial) Eigenschaftsverbesserungen erreicht, die weit über denen unbeschichteter CNTs liegen.

Je nach Anforderungen und Matrixmaterial entwickelt das Fraunhofer IPA kundenspezifische Lösungen. Dabei wird zunächst die Syntheseroute bestimmt, welche dann im Labormaßstab umgesetzt wird. Auf dieser Basis erhält der Kunde eine Abschätzung über mögliche Mengen und Reinheiten in einem industriellen Maßstab. 

Ausgewählte Beispiele:

• Titan/Titandioxid-Beschichtungen (für Metall Matrix Komposite)
• Funktionalisierung mit carboxyl- oder fluorhaltigen Gruppen