Kohlenstofffasern mit hoher elektrischer Leitfähigkeit

// Material- und Werkstofftechnik
Ref-Nr: 16261

Einleitung / Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung elektrischer Leiter als "Leichtbau". Es besteht ein Versuchsaufbau im Labor. In Abb. 1 ist ein Versuchsaufbau zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Fasern dargestellt.

Abb. 1: Messapparatur zur Bestimmung des spezifischen Widerstands der leitfähigen Kohlenstofffasern. Ein Bündel einer Vielzahl submikriskopischer Fasern (schwarzes Kabel) ist über zwei Klemmen in einen Stromkreis geschaltet.

Hintergrund

Kohlenstofffasern in unterschiedlichen technischen Bereichen werden speziell synthetisiert, ihre Ausgestaltung wird zumeist hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften vorgenommen. Ein hoher Graphit-Anteil sorgt bereits für eine elektrische Leitfähigkeit, die allerdings noch geringer ist als bei metallischen Leitern wie Kupfer oder Aluminium.

Lösung

Es werden elektrisch leitfähige Fasern (im Submikrometerbereich) auf Kohlenstoffbasis produziert mit den vier Schritten Elektrospinning, Zyklisierung, Denitrifikation und Carbonisierung. Die Zyklisierung findet unter mehrstündiger Zugbelastung statt, so dass die Fasern dünner und länger werden. Es treten dabei molekulare Ordnungsprozesse auf. Bei den letzten beiden Schritten (Hochtemperaturbehandlungen) wird durch die Atmosphäre (Vakuum oder Schutzgas) die Oxidbildung unterdrückt.

Vorteile

höhere Leitfähigkeit als bei Metallen geringe Dichte (Leichtbau) in der Hochfrequenztechnik: hohe Ladungsträgerbeweglichkeit und Unterdrückung des Skineffekts durch die hohe spezifische Oberfläche

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