DE102010028801A1 - Thermisch leitfähige Zusammensetzung umfassend thermisch leitfähige Kohlenstoffnanoröhren und eine kontinuierliche Metallphase - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft polymermodifizierte Kohlenstoffnanoröhren, eine thermisch leitfähige Zusammensetzung umfassend mindestens eine kontinuierliche Metallphase und thermisch leitfähige Kohlenstoffnanoröhren (CNT) sowie Verfahren zu deren Herstellung.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft polymermodifizierte Kohlenstoffnanoröhren nach Anspruch 1, eine thermisch leitfähige Zusammensetzung nach Anspruch 7, deren Verwendung nach Anspruch 13 und ein Verfahren zur Herstellung der polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren nach Anspruch 14 und ein Verfahren zur Herstellung der thermisch leitfähigen Zusammensetzung nach Anspruch 17.
- Bei Verwendung von elektronischen Vorrichtungen ist die Frage der vernünftigen Ableitung der gebildeten Wärme von besonderer Bedeutung. Dies insbesondere, da in den elektronischen Vorrichtungen immer mehr Komponenten auf kleineren Flächen angeordnet werden, wodurch die Packungsdichte in den elektronischen Vorrichtungen stark ansteigt. Hohe Temperaturen können zu einer Verringerung der Laufzeit der elektronischen Vorrichtungen führen.
- Aluminium ist aufgrund der geringen Kosten, der geringen Dichte, Verfügbarkeit und guten Verarbeitbarkeit das derzeit meist verwendetes Material zur Ableitung und Ausbreitung von Wärme. Kupfer ist ebenfalls sehr gut zur Wärmeableitung geeignet, ist jedoch schwieriger zu verarbeiten und weist eine um das 3,5 fache erhöhte Dichte gegenüber Aluminium auf. Kupfer hat zwar mit 380 W/m·K eine höhere thermische Leitfähigkeit als Aluminium, welches eine thermische Leitfähigkeit von 180 W/m·K aufweist, jedoch liegt die Dichte von Kupfer mit 8,9 gm/cm3 über der Dichte von Aluminium (2,7 gm/cm3). Auch ist der Koeffizient der thermischen Ausdehnung von Kupfer mit 16.6 ppm/K zu groß zur Anwendung in einem Halbleiter. Darüber hinaus beträgt das Verhältnis von thermischer Leitfähigkeit zur Dichte für Kupfer 44, wohingegen dieses Verhältnis für Aluminium bei 64 liegt. Aus diesem Grund wird Aluminium zur Ableitung von Wärme gegenüber Kupfer bevorzugt verwendet, insbesondere wenn das Gewicht eine wichtige Rolle spielt.
- Aufgrund der immer kleiner werdenden elektronischen Vorrichtungen und der damit verbundenen höheren elektronischen Dichte stellt die entstehende Abwärme ein immer größeres Problem dar. Dabei ist die Geometrie der aus Aluminium oder Kupfer hergestellten Wärmeableiter ein limitierender Faktor. Für eine effektive Wärmeleitung bei Verwendung von Aluminium muss der Wärmeableiter relativ große Abmaße aufweisen, während bei Verwendung von Kupfer als Wärmeableiter die Frage von Gewicht und Geometrie überwiegt. Die Geometrie eines Wärmeableiters muss in den Raum hineinpassen, welcher nach optimierter Packung der Vorrichtung vorhanden ist. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit der Verwendung eines Wärmeableiters, der beliebig formbar ist.
- Eine Vielzahl der bisher entwickelten Materialien, die anstelle von Kupfer oder Aluminium als Wärmeableiter verwendet werden können, weisen jedoch eine geringe thermische Leitfähigkeit, eine hohe Dichte oder eine starre Geometrie auf.
- Eine mögliche Alternative stellt die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren (CNT) dar. Kohlenstoffnanoröhren sind große Makromoleküle in Form von Graphitfilmen (ein hexagonales Gitter mit sp2-Konfiguration), die in Form eines Zylinders aufgerollt sind („single-walled carbon nanotubes”, SWNT). Neben den einwandigen Kohlenstoffnanoröhren sind auch Kohlenstoffnanoröhren mit zwei oder mehreren Wänden bekannt („double walled carbon nanotubes” DWNT; multi-walled carbon nanotubes”, MWNT), wobei letztere in Form eines Zylinders eingebracht in einen weiteren Zylinder beschrieben werden können.
- Kohlenstoffnanoröhren zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit, ein geringes Gewicht, eine spezifische elektronische Struktur, eine hohe Stabilität und eine hervorragende thermische Leitfähigkeit aus. So kann die thermische Leitfähigkeit von Kohlenstoffnanoröhren bei Raumtemperatur zwischen 1800 bis 6000 W/m·K liegen (Hone et al., Synthetic metals, 1999, 103: 2498), wobei der Koeffizient der thermische Ausdehnung (CTE) bei Werten von 0 ppm/k liegt (Deng et al., Mat. Lett., 2008, 62: 2301–2302).
- Aufgrund ihrer hervorragenden thermischen Leitfähigkeit gibt es verschiedene Ansätze, Kohlenstoffnanoröhren zu Abwärmeableitung zu verwenden.
- So wurden verschiedene Studien zur Herstellung und Verwendung von Zusammensetzungen aus Metall und Kohlenstoffnanoröhren durchgeführt. Diese Studien sind im Wesentlichen auf konventionelle Verfahren zur Herstellung dieser Zusammensetzungen gerichtet, die üblicherweise ein mechanisches Mischen und Sintern von Kohlenstoffnanoröhren-Metall-Pulver beinhalten (Xu et al., Carbon, 1999, 37: 855–858; Uddin et al., Phys. Sta. Sol. B, 2009, 246; 2836–2839; Chunfeng et al., Rare Metals, 2009, 28; 175–180). Derartige Zusammensetzungen sind jedoch durch eine inhomogene Verteilung der dispergierten Nanoröhren gekennzeichnet. Dies führt zu einem hohen thermischen Widerstand an der Grenzfläche zwischen Kohlenstoffnanoröhren und der Metallmatrix, wodurch eine Verringerung der thermischen Leitfähigkeit der Zusammensetzung hervorgerufen wird, die deren Verwendung als Wärmeableiter oder Wärmesenke limitieren.
- Weitere Untersuchungen sind daher auf eine gerichtete Anordnung der Kohlenstoffnanoröhren gerichtet. So werden in
US 2008/0131722 A1 US 2009/0008779 A1 - Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, eine thermisch leitfähige Zusammensetzung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch polymermodifizierte Kohelnstoffnanoröhren gemäß Anspruch 1 und eine thermisch leitfähige Zusammensetzung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
- Demnach betrifft die vorliegende Erfindung polymermodifizierte Kohlenstoffnanoröhren, insbesondere Einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWNT), Zweiwandige Kohlenstoffnanoröhren (DWNT), Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWNT) oder Mischungen davon.
- Die Kohlenstoffnanoröhren weisen bevorzugt einen Durchmesser zwischen 0,2 und 100 nm auf, wobei das Seiten-Längenverhältnis nicht größer ist als 1,000,000. Die thermische Leitfähigkeit der verwendeten Kohlenstoffnanoröhren beträgt mindestens 10 W/mK.
- Bevorzugt werden die Kohlenstoffnanoröhren mit einem eine Seitenkette aufweisenden Homopolymer und/oder Copolymer ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend Poly(natrium 4-styrensulfonat), Poly(vinylsulfat), Poly(phenylalkohol) und Poly(methacrylsäure) modifiziert.
- Die Seitenketten weisen bevorzugt eine negative Ladung auf, können aber auch ungeladen sein. Wichtig ist, dass diese Seitenketten die Bindung von Kationen, insbesondere Metallkationen auf die Polymeroberfläche ermöglichen. Die Polymere sind dabei bevorzugt nicht-kovalent auf den Nanoröhren adsorbiert und umhüllen diese.
- Die bevorzugt verwendeten Polymere weisen Funktionalitäten auf, die eine weitergehende Modifizierung der Kohlenstoffnanoröhren erlauben. So sind in einer bevorzugten Ausführungsform Metallionen auf die Polymeroberfläche der Nanoröhren gebunden. Die Metallionen können ausgewählt sein aus einer Gruppe enthaltend Aluminium-, Kupfer-, Silber-, Gold-, Nickel-, Eisen-Ionen und einer Mischung davon.
- Durch Kalzinierung der mit Metallionen versehenen Kohlenstoffnanoröhren bei Temperaturen über 200°C kommt es zur Bildung der korrespondierenden Metalloxide. Demnach weisen die Kohlenstoffnanoröhren in einer weiteren Ausführungsform auf der Polymeroberfläche gebundene Metalloxide auf.
- Die vorliegende Erfindung betrifft demnach ebenfalls eine thermisch leitfähige Zusammensetzung, die mindestens eine kontinuierliche Metallphase und thermisch leitfähige Kohlenstoffnanoröhren (CNT) umfasst. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist dadurch charakterisiert, dass die thermisch leitfähigen Kohlenstoffnanoröhren homogen, jedoch ungerichtet in der mindestens einen Metallphase dispergiert sind.
- Die erfindungsgemäße Zusammensetzung weist somit eine metallische Phase mit einer Vielzahl von Kohlenstoffnanoröhren auf, die über eine hohe thermische Leitfähigkeit, einen geringen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung (CET) und eine geringe Dichte verfügt und somit hervorragend zur Verwendung als Wärmeableiter in Halbleiterbauelementen geeignet ist. Die Metallphase erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Breite beziehungsweise Dicke der Zusammensetzung, wobei die Mehrzahl der Kohlenstoffnanoröhren einheitlich durch die kontinuierliche Metallphase bedeckt sind. Die Zusammenfassung umfasst bevorzugterweise keine weiteren Materialien mit Ausnahme der Kohlenstoffnanoröhren und dem Metall oder Metalllegierungen.
- Die erfindungsgemäße thermisch leitfähige Zusammensetzung ermöglicht die gezielte Einstellung des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung durch Variationen der einzelnen Komponenten der Zusammensetzung. Somit ist es möglich, diesen Koeffizienten spezifisch auf das Material der Halbleiter oder Isolationsmaterialien abzustimmen.
- Bevorzugt weist die Zusammensetzung ein Mengenverhältnis von 0,2 bis 80 Gew%, bevorzugt 1 bis 70 Gew%, insbesondere bevorzugt 1 bis 50 Gew% an Kohlenstoffnanoröhren und 20 bis 99,8 Gew%, bevorzugt 30 bis 99 Gew%, insbesondere bevorzugt 50 bis 99 Gew% an dem mindestens einen Metall auf.
- Die verwendeten thermisch leitfähigen Kohlenstoffnanoröhren (CNT) sind bevorzugterweise ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWNT), Zweiwandige Kohlenstoffnanoröhren (DWNT), Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWNT) oder Mischungen davon.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Zusammensetzung die oben beschriebenen mit polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren, insbesondere die mit Metallionen modifizierten Kohlenstoffnanoröhren auf.
- Die kontinuierliche Metallphase besteht bevorzugt aus einem Metall, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe enthaltend Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Eisen oder eine Mischung davon.
- Die thermische Leitfähigkeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung liegt bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 700 W/mK, bevorzugt 50 bis 500 W/mk, insbesondere bevorzugt 100 bis 300 W/mK und der Koeffizient der thermischen Ausdehnung (CTE) in einem Bereich von 5 bis 15 ppm/K, bevorzugt 7 bis 12 ppm/K und ist abhängig vom Gehalt an Kohlenstoffnanoröhren.
- Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird bevorzugter Weise als thermoregulierbares Material, zur Herstellung von Wärmesenken oder Wärmeverteilern verwendet. Die Zusammensetzung kann ebenfalls zum elektronischen Verpacken oder zur elektromagnetischen Abschirmung verwendet werden. Auch sind Applikationen im Bereich des thermischen Managements möglich.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls durch ein Verfahren zur Herstellung der polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren nach Anspruch 14 und einem Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung nach Anspruch 17 gelöst.
- Das Verfahren zur Herstellung der polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren umfasst demnach die folgenden Schritte: Dispersion von Kohlenstoffnanoröhren in mindestens einer Polymerlösung und Anlegen von Ultraschall für einen Zeitraum von 1 bis 10 h und Entfernen des überschüssigen Polymers und ggf. Waschen des Rückstandes. Dieser Verfahrensschritt kann ggf. bis zu dreimal wiederholt werden. Anschließend werden die modifizierten Kohlenstoffnanoröhren bei Temperaturen von 60°C an Luft getrocknet. Die Kohlenstoffnanoröhren sind nunmehr teilweise oder vollständig von einem Polymer umgeben.
- Als bevorzugte Polymere werden Homopolymere und/oder Copolymere ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend Poly(natrium 4-styrensulfonat), Poly(vinylsulfat), Poly(ethylenoxid), Poly(ethylenglykol), Poly(phenylalkohol) und Poly(methacrylat) verwendet.
- Die polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren können anschließend in einem geeigneten Lösungsmittel dispergiert werden, wobei geeignete Lösungsmittel ausgewählt sind aus der Gruppe enthaltend Wasser, N,N-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Alkohole, insbesondere Methanol, Ethanol, Isopropanol, Propanol, Butanol, oder Ketone, insbesondere Aceton. Eine homogene Verteilung der polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren in dem Lösungsmittel wird durch Anlegen von Ultraschall erreicht.
- Zu dieser homogenen Dispersion wird mindestens ein Metallsalz zugegeben, wobei ein geeignetes Metallsalz ausgewählt ist aus einer Gruppe enthaltend Kupfercitrat, Kupferacetat, Kupferbutyrat, Kupfercyclohexanbutyrat, Kupferethylacetoacetat, Kupfer-2-ethylhexanoat, Kupferformiat, Kupfergluconat, Kupferneodecanoat, Kupferoxalat, Kupfertartat, Aluminiumnitrat, Aluminiumacetat, Aluminium-n-butoxid, Aluminium-sec-butoxid, Aluminium-tert-butoxid, Aluminiumdimethylamid, Aluminiumethoxid, Aluminiumpentandionat oder Mischungen davon.
- Durch Anlegen von Ultraschall wird auch in diesem Schritt eine homogene Dispersion hergestellt. Diese homogene Dispersionen wird anschließend über einen Zeitraum von 5 bis 20 h, bevorzugt 7 bis 15 h, insbesondere bevorzugt 12 h, zur Ausbildung von chemischen Bindungen zwischen den negativ geladenen Funktionalitäten auf der Oberfläche der polymerumhüllten Kohlenstoffnanoröhren und den Metallkationen gerührt. Das Lösungsmittel wird bevorzugt durch Erwärmen der Dispersion auf Temperaturen zwischen 50 und 70°C entfernt und es wird ein Pulver umfassend polymermodifizierte Kohlenstoffnanoröhren mit auf der Polymeroberfläche gebundenen Metallionen erhalten.
- In einem weiterführenden Verfahrensschritt kann dieses Pulver einer Kalzinierung bei Temperaturen zwischen 200 und 350°C über einen Zeitraum von 30 min bis 5 h, bevorzugt 1 h bis 4 h, insbesondere bevorzugt 1 h, unterzogen werden, wobei die Metallionen einer Oxidation zu dem korrespondierenden Metalloxid unterliegen, so dass ein Pulver aus polymerumhüllten Kohlenstoffnanoröhren mit einer mit einem Metalloxid modifizierten Oberfläche bereitgestellt werden.
- Das kalzinierte Pulver, welches mit einem Metalloxid modifizierte Kohlenstoffnanoröhren enthält, kann nachfolgend einer Reduktion in einer reduzierenden Atmosphäre, insbesondere Wasserstoff-Amosphäre, bei Temperaturen zwischen 150°C und 500°C, bevorzugt zwischen 200°C und 350°C, insbesondere bevorzugt bei 250°C, für einen Zeitraum von 30 min bis 5 h, bevorzugt 1 h bis 4 h, insbesondere bevorzugt 1 h, unterzogen werden. Dieser Reduktionsschritt führt zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung aus polymermodfizierten Kohlenstoffnanoröhren und reduziertem Metall, wobei die Kohlenstoffnanoröhren homogen in der Metallphase dispergiert sind.
- Nach erfolgter Reduktion kann das Pulver bei Drücken zwischen 50 bis 70 MPa kompaktiert und ggf. gesintert werden.
- Die erfindungsgemäße thermisch leitfähige Zusammensetzung bestehend aus einer kontinuierlichen Metallphase und thermisch leitfähigen Kohlenstoffnanoröhren ist demnach in einer bevorzugten Ausführungsform mittels der beschriebenen Verfahrensschritte herstellbar. Ein wichtiger Aspekt des Herstellungsverfahrens besteht darin, dass die auf den Kohlenstoffnanoröhren angeordneten Metallionen bzw. Metalloxide im Verlaufe des Reduktionsschrittes die Ausbildung der kontinuierlichen metallischen Phase bewirken. Dadurch wird eine homogene und ungerichtete Verteilung der Kohlenstoffnanoröhren in der metallischen Phase gewährleistet.
- Die Kohlenstoffnanoröhren sind also unmittelbar im Metall angeordnet und nicht auf deren Oberfläche. Solche Zusammensetzungen weisen eine ideale Mikrostruktur auf, die deren Verwendung als thermisch leitfähiges Material ermöglichen.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Fließschema zur Darstellung der Verfahrensschritte zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung; -
2 eine elektronenmikroskopische Darstellung eines Bündels aus Kohlenstoffnanoröhren; -
3 eine elektronenmikroskopische Darstellung von polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren; -
4 eine rasterelektronenmikroskopische Darstellung von mit einem Metalloxid versehenen polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren; -
5 ein Diagramm mit einem Raman-Spektrum einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung; - Ausführungsbeispiel 1
- Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung unter Bezugnahme auf das Flussschema der
1 erläutert. - Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (0,5 g) (
2 ) werden in einer wässrigen Lösung von 1 Gew% Poly(Natrium-4-styrensulfonat) dispergiert und für 5 Stunden Ultraschall ausgesetzt. Überschüssiges Polymer wird anschließend mittels Filtration entfernt und der Rückstand mit Wasser gewaschen. Dieser Schritt kann bis zu dreimal wiederholt werden. Die mit einem Polymer modifizierten Kohlenstoffnanoröhren werden bei 60°C in Gegenwart von Luft getrocknet.3 zeigt eine Aufnahme von solcherart modifizierten Kohlenstoffnanoröhren. - 47 mg der polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren werden in 200 ml Ethanol dispergiert und die erhaltene Lösung wird wiederum mit Ultraschall (50 W) für eine Stunde behandelt, um die Kohlenstoffnanoröhren homogen in der Ethanol-Lösung zu dispergieren.
- Zu dieser Dispersion werden 3 g Kupferacetat (Cu(CH3COO)2) zugefügt, so dass der Gewichtsanteil der Kohlenstoffnanoröhren in der Dispersion bei 5 Gew% liegt. Die resultierende Dispersion wird wiederum mit Ultraschall (50 W) für eine Stunde behandelt, um eine homogene Dispersionen der Kohlenstoffnanoröhren und Kupferionen zu gewährleisten.
- Die mit Ultraschall behandelte Dispersion wird für 12 Stunden gerührt, wobei es zur Ausbildung von chemischen Bindungen zwischen den Kupferionen und den auf der Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhren angeordneten negativ geladenen Seitenketten des Polymers kommt.
- Nach dem Rühren wird die Dispersion auf Temperaturen über 70° zur Entfernung des Ethanols erwärmt und anschließend bei 200°C beziehungsweise 350°C für eine Stunde calciniert. Dabei wird ein Pulver umfassend mit Kupferoxid modifizierten Kohlenstoffnanoröhren erhalten (siehe
4 ). - Die Analyse des kalcinierten Pulvers mittels Raman-Spektroskopie (Witec Spektrometer, 633 nm) weist auf die Ausbildung von Kupferoxid hin (
5 ). So sind die für Kupferoxid charakteristischen Linien bei 296 nm eindeutig zu erkennen. - Im Anschluss an den Schritt der Kalzinierung wird das Pulver unter Wasserstoff-Gasatmosphäre in einem Ofen bei 250°C für eine Stunde reduziert. Dabei kommt es zur Reduktion des Kupferoxides zu metallischem Kupfer, welches eine kontinuierliche metallische Phase ausbildet, in welche die Kohlenstoffnanoröhren dispergiert sind.
- Das reduzierte Pulver wurde mittels Röntgenstruktur-Analyse untersucht, und der Phasenzustand des reduzierten Pulvers ermittelt (
7 ). - Nach dem Reduktionsprozess wird das reduzierte Pulver mit einem Druck von 50 MPa kompaktiert und bei 750°C für 10 Minuten gesintert.
- Die thermische Diffusion α der erfindungsgemäßen Zusammensetzung des Ausführungsbeispiels 1 wird mittels dem Xenon-Flash-Verfahren (XFA 500, Linseis, Deutschland) ermittelt. Der ermittelte Wert der thermischen Diffusion α liegt bei 0,35 cm2/s.
- Die spezifische Wärme cp wird mittels Differentialer Scanning Kalorimetrie (DSC, Linseis, Deutschland) gemessen. Der ermittelte Wert der spezifische Wärme cp liegt bei 5.5 J/gK
- Die Bestimmung des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung CTE erfolgt mittels eines Dilatometers (DIL 176, Linseis, Deutschland). Der ermittelte Wert der thermischen Ausdehnung α liegt bei 12 ppm/K (at 25°C).
- Die Dichte der Kupfer-Nanokomposite mit einem Anteil von 5 Gew% Kohlenstoffnanoröhren liegt bei 6,28 g/cm3.
- Die thermische Leitfähigkeit k der pulverförmigen Zusammensetzung wird mittels des Xenon-Flash- Verfahrens (XFA 500, Linseis, Deutschland) und Hot-Disk-Verfahrens (TPS 2500, Hot Disc AB, Schweden) bestimmt.
- Die thermische Leitfähigkeit k der Zusammensetzung wird ebenfalls mittels folgender Gleichung bestimmt:
k(T) = α(T)cp(T)ρ(T) - Der mittels obiger Gleichung ermittelte Wert der thermischen Leitfähigkeit k liegt bei 120 W/mk.
- Ausführungsbeispiel 2
- Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird ähnlich zu den in Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Verfahrensschritten hergestellt, wobei als Polymer Poly(vinylsulfat) anstelle von Poly(Natrium-4-styrensulfonat) verwendet wird.
- Für diese Zusammensetzung ergeben sich folgende Parameter:
- – spezifische Wärme cp 5.5 J/gK
- – thermische Leitfähigkeit k 112 W/mk, und
- – Koeffizienten der thermischen Ausdehnung CTE 12 ppm/K.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Chunfeng et al., Rare Metals, 2009, 28; 175–180 [0009]
Claims (17)
- Polymermodifizierte Kohlenstoffnanoröhren, insbesondere Einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWNT), Zweiwandige Kohlenstoffnanoröhren (DWNT), Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWNT) oder Mischungen davon.
- Kohlenstoffnanoröhren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Modifizierung verwendete Polymer ein eine Seitenkette aufweisendes Homopolymer und/oder Copolymer ist
- Kohlenstoffnanoröhren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Modifizierung verwendete Polymer ausgewählt ist aus einer Gruppe enthaltend Poly(natrium 4-styrensulfonat), Poly(vinylsulfat), Poly(phenylalkohol) und Poly(methacrylsäure).
- Kohlenstoffnanoröhren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Polymeroberfläche Metallionen gebunden sind.
- Kohlenstoffnanoröhren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallionen ausgewählt sind aus einer Gruppe enthaltend Aluminium-, Kupfer-, Silber-, Gold-, Nickel-, Eisen-Ionen und einer Mischung davon.
- Kohlenstoffnanoröhren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Polymeroberfläche Metalloxide gebunden sind.
- Thermisch leitfähige Zusammensetzung umfassend mindestens eine kontinuierliche Metallphase und thermisch leitfähige Kohlenstoffnanoröhren (CNT), dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähigen Kohlenstoffnanoröhren homogen, jedoch ungerichtet in der mindestens einen Metallphase dispergiert sind.
- Zusammensetzung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch – 0,2 bis 80 Gew%, bevorzugt 1 bis 70 Gew%, insbesondere bevorzugt 1 bis 50 Gew% Kohlenstoffnanoröhren, – 20 bis 99,8 Gew%, bevorzugt 30 bis 99 Gew%, insbesondere bevorzugt 50 bis 99 Gew% des mindestens einen Metalls.
- Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähigen Kohlenstoffnanoröhren (CNT) ausgewählt sind aus der Gruppe enthaltend Einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWNT), Zweiwandige Kohlenstoffnanoröhren (DWNT), Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWNT) oder Mischungen davon.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoffnanoröhren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 6 verwendet werden.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metall ausgewählt ist aus einer Gruppe enthaltend Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Eisen oder eine Mischung davon.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch eine thermische Leitfähigkeit von 100 bis 700 W/mK und eine thermische Ausdehnung von 5 bis 15 ppm/K.
- Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 als thermoregulierbares Material, zur Herstellung von Wärmesenken oder Wärmeverteilern,
- Verfahren zur Herstellung der polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfassend die folgenden Schritte: – Dispersion von Kohlenstoffnanoröhren in mindestens einer Polymerlösung, – Anlegen von Ultraschall für einen Zeitraum von 1 bis 10 h und Entfernen des überschüssigen Polymers, und – Trocknen der polymermodifizierten Kohlenstoffnanoröhren bei Temperaturen von 60°C an Luft,
- Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Schritte: – Herstellung einer Dispersion der modifizierten Kohlenstoffnanoröhren in mindestens einem Lösungsmittel, – Anlegen von Ultraschall, – Zugabe von mindestens einem Metallsalz zur Dispersion und Anlegen von Ultraschall, – Rühren der Dispersion über einen Zeitraum von 5 bis 20 h, bevorzugt 7 bis 15 h, insbesondere bevorzugt 12 h, und – Erwärmen der Dispersion auf Temperaturen zwischen 50 und 70°C.
- Verfahren nach Anspruch 14 oder 15 gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Schritte: – Kalzinierung des nach Anspruch 15 erhaltenen Pulvers bei Temperaturen zwischen 200 und 350°C über einen Zeitraum von 30 min bis 5 h, bevorzugt 1 h bis 4 h, insbesondere bevorzugt 1 h.
- Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 umfassend die Verfahrensschritte der Ansprüche 14 bis 16 und den folgenden weiteren Schritt: – Reduktion des nach Anspruch 16 kalzinierten Pulvers in einer reduzierenden Atmosphäre, insbesondere Wasserstoff-Amosphäre, bei Temperaturen zwischen 150°C und 500°C, bevorzugt zwischen 200°C und 350°C, insbesondere bevorzugt bei 250°C, für einen Zeitraum von 30 min bis 5 h, bevorzugt 1 h bis 4 h, insbesondere bevorzugt 1 h.
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| Hone et al., Synthetic metals, 1999, 103: 2498 |
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| Uddin et al., Phys. Sta. Sol. B, 2009, 246; 2836-2839 |
| Xu et al., Carbon, 1999, 37: 855-858 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2011141461A1 (de) | 2011-11-17 |
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