DE69501750T2 - Fullerenkomposit - Google Patents

Fullerenkomposit

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Fullerenkomposit&sub1; der als seine Matrix ein z. B. durch C&sub6;&sub0; dargestelltes Fulleren hat.
  • Das durch das C&sub6;&sub0;-Molekül, Buckminsterfulleren, dargestellte Fulleren hat einen stark symmetrischen Aufbau, in dem die Kohlenstoffatome wie eine Fußballform mit gleichwertigen kovalenten Bindungen angeordnet sind. Die C&sub6;&sub0;-Moleküle sind bei gegenseitiger Einwirkung durch van der Waalssche Kräfte in einer FCC-Struktur (flächenzentriert kubisch) gepackt, die solche mechanischen Eigenschaften, wie plastische Verformung und Kaltverfestigung zeigt. Das Fullerenmolekül unterscheidet sich von herkömmlichen Kohlenstoff-Allotropen, Graphit und Diamant, durch seine metallische Eigenschaft, wie plastische Verformung und Kaltverfestigung, wie oben angegeben wurde.
  • Die Erwartung einer Verwendbarkeit der Fullerene auf verschiedenen Anwendungsgebieten liegt bei kohlenstoffhaltigen Materialien mit guten Eigenschaften, wie etwa Bearbeitbarkeit.
  • Gegenwärtig geht die Forschung in die Richtung der Anwendung der Fullerene für solche funktionellen Materialien, wie supraleitende Werkstoffe, halbleitende Werkstoffe, Katalysatoren und Werkstoffe für nichtlineare Optiken, die auf den dem Fulleren innewohnenden Eigenschaften beruhen.
  • Das Fulleren hat jedoch den Nachteil einer nicht hinreichenden mechanischen Eigenschaft, weil die Moleküle durch die van der Waalschen Kräfte gebunden sind, wie oben beschrieben wurde.
  • Der Versuch, die Fullerene anstelle der herkömmlichen kohlenstoffhaltigen Materialien für verschiedene funktionelle Werkstoffe einzusetzen, schafft daher eine industrielle Verwendung, jedoch mit einem etwas begrenzten Anwendungsbereich.
  • Wie oben beschrieben, unterscheidet sich das Fullerenmolekül von herkömmlichen Kohlenstoffallotropen, Graphit und Diamant, durch seine metallischen Eigenschaften, wie plastische Verformung und Kaltverfestigung. Ferner zeigt das Fulleren eine so spezifische Eigenschaft, wie die Supraleitfähigkeit. Es wird somit erwartet, bei diesen Anwendungsgebieten eine Verwendung zu finden, die von diesen Eigenschaften profitiert.
  • Da das Fulleren, wie z. B. C&sub6;&sub0;, in einer FCC-Struktur durch die van der Waalschen Kräfte gepackt ist, hat es relativ schlechte mechanische Eigenschaften, die Handhabungsschwierigkeiten zur Folge haben.
  • Es besteht ein Wunsch, diese eigentümlichen Eigenschaften der Fullerene, wie plastische Verformung und Kaltverfestigung, auszunutzen und gleichzeitig den Bereich der aus Fulleren hergestellten Materialien zu vergrößern, um so eine weitere industrielle Anwendung der Fullerene zu begünstigen. Bei der Verwendung der Fullerene als Materialien für verschiedene Anwendungen, bei denen die eigentümlichen Eigenschaften, wie plastische Verformung und Kaltverfestigung, erwünscht sind, ist zu erwarten, daß die dem durch C&sub6;&sub0; dargestellten Fulleren eigentümlichen mechanischen Eigenschaften wirtschaftliches Interesse finden wird.
  • Aufgabe; der Erfindung ist daher die Schaffung eines Fullerenkomposits, das eine verbesserte mechanische Festigkeit neben den eigentümlichen Fullereneigenschaf ten, plastische Verformung und Kaltverfestigung, hat und das daher eine breite potentielle wirtschaftliche Verwendung für industriell zweckmäßige Materialien hat.
  • Der Fullerenkomposit dieser Erfindung ist daher gekennzeichnet durch eine Matrix, die im wesentlichen aus ultrafeinen Fulleren-Teilchen mit Durchmessern von 5 bis 50 nm gebildet ist, und einer Verstärkungszusammensetzung, die im wesentlichen aus einem Gemisch von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff- Nanokapseln und unvermeidbaren, unbestimmten, kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen besteht und in einem Anteil in dem Bereich von 15 bis 45 Gew.-%, bezogen auf die Menge der Matrix, in die Matrix eingebaut ist.
  • Bei dem Fullerenkomposit der Erfindung ist in die Matrix, die im wesentlichen aus ultrafeinen&sub1; plastisch verformbaren Fulleren-Teilchen gebildet ist, eine Verstärkungszusammensetzung eingemischt, die im wesentlichen aus einem Gemisch von Kohlenstoff- Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanokapseln und unvermeidbaren, unbestimmten, kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen gebildet ist. Bei den Komponenten der Verstärkungszusammensetzung sind die Kohlenstoff- Nanoröhrchen thermisch und chemisch ungewöhnlich beständig, und sie können wegen der zylindrischen Kohlenstoffstruktur und der Abwesenheit von Versetzungen und Fehlstellen eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit zeigen. Im Gegensatz dazu schaffen die Kohlenstoff-Nanokapseln durch Dispersion den Festlegungseffekt für Versetzungen. Wegen der Verwendung des Verstärkungselements, das diese Kohlenstoff- Nanoröhrchen und Kohlenstoff-Nanokapseln enthält, kann die im wesentlichen aus ultrafeinen Fulleren-Teilchen gebildete Matrix eine bemerkenswert verbesserte Zugfestigkeit, Dehnung und einen verbesserten Verformungswiderstand annehmen. Da ferner die Kohlenstoff-Nanoröhrchen sich selbst plastisch verformen können, ermöglichen sie als Verstärkungsmaterial dem Komposit, eine im Vergleich zu den gewöhnlich benutzten Kohlenstoffasern bemerkenswert verbesserte Zugfestigkeit zu erreichen. Wenn die Verstärkungszusammensetzung nur aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu bilden gewesen wäre, hätte der herzustellende Verbundstoff beispielsweise höchstwahrscheinlich nur einen geringen Verformungswiderstand gezeigt und würde er bei geringen Beanspruchungen verformt werden.
  • Zur Erläuterung, zum leichteren Verständnis und zur leichteren Ausführung durch den Fachmann werden Ausführungsformen der Erfindung nun anhand von die Erfindung nicht beschränkenden Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert, in der
  • Fig. 1 ein bildliche Darstellung ist, die mittels eines Modells die Mikrostruktur des Fullerenkomposits der Erfindung zeigt, und
  • Fig. 2 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Menge der Verstärkungszusammensetzung in dem Fullerenkomposit der Erfindung und der Zugfestigkeit des Komposits zeigt.
  • In der Zeichnung ist Fig. 1 ein bildliches Diagramm, das ein Modell der Mikrostruktur eines Fullerenkomposits der Erfindung zeigt. Das in dieser Darstellung gezeigte Fullerenkomposit 1 hat als seine Matrix feine Fulleren- Teilchen 2. Die ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2, die die Matrix dieses Fulleren-Verbundstoffs 1 bilden haben einen Durchmesser von 5-50 nm. Infolge der Verwendung dieser ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 als Matrix hat der Fulleren-Verbundstoff die Eigenschaft einer plastischen Verformbarkeit. Infolgedessen leisten die Teilchen einen Beitrag zur Verbesserung der Zugfestigkeit des Fullerenkomposits 1. Wenn der Durchmesser der ultrafeinen Fulleren-Teildhen 2 kleiner als 5 nm ist, erreicht der erzeugte Fullerenkomposit 1 keine genügende Festigkeit. Wenn dagegen ihr Durchmesser 50 nm übersteigt, sind die ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 nicht voll wirksam, um dem Fulleren-Verbundstoff 1 plastische Verformbarkeit zu verleihen.
  • Als Fulleren-Werkstoffe sind C&sub6;&sub0;, C&sub7;&sub0;, C&sub7;&sub6;, C&sub7;&sub8;, C&sub8;&sub2;, und C&sub8;&sub4; bekannt. Als ultrafeine Fulleren-Teilchen 2 werden die C&sub6;&sub0;-Moleküle bevorzugt. Die Erfindung schließt den Einsatz irgendeines oder mehrerer der anderen oben erwähnten Fullerenmoleküle nicht aus. Je nach dem Einsatzzweck des Komposits erlaubt die Erfindung den Einsatz eines Gemisches des C&sub6;&sub0; mit einem oder mehreren anderen Fullerenen. Die vorliegende Erfindung beinhaltet Beispiele, bei denen die Formen der Matrix der ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 formgepresste und heißgepresste Stücke sind.
  • Die aus ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 - wie oben erwähnt - gebildete Matrix enthält eine Verstärkungszusammensetzung, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 3 und Kohlenstoff-Nanokapseln 4 enthält. Diese Kohlenstoff-Nanoröhrchen 3 und Kohlenstoff-Nanokapseln 4 werden vorzugsweise im wesentlichen gleichmäßig in der Gesamtheitder ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 verteilt. Für die Verstärkungszusammensetzung kann ein Gemisch dienen, das die oben erwähnten Kohlenstoff-Nanoröhrchen 3 und Kohlenstoff-Nanokapseln und unvermeidbare, unbestimmte, kohlenstoffhaltige Verunreinigungen enthält.
  • Die Verhältnisse der Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanokapseln und unvermeidbaren, unbestimmten kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen in der Verstärkungszusammensetzung sind vorzugsweise so, daß das Gewichtsverhältnis der Kohlenstoff-Nanoröhrchen 30-90 % betragen kann. Wenn das Gewichtsverhältnis der Kohlenstoff-Nanoröhrchen kleiner als 30 % oder mehr als 90 % ist, kann das Verstärkungselement für die Verbesserung der mechanischen Festigkeit des erzeugten Fullerenkomposits nicht voll wirksam sein.
  • Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 3 können sein und sind vorzugsweise Riesenfullerene mit einer zylindrischen Hohlstruktur (schraubenförmige Ausbildung), die in der Kathodenschichtmasse gebildet werden, die bei der Fullerenerzeugung durch Lichtbogenentladung entsteht. Die zylindrische Struktur, in der Versetzungen und Fehler nicht vorhanden sind, ergibt eine attraktiv hohe thermische und chemische Beständigkeit und kann zu einer außergewöhnlichen mechanischen Festigkeit führen. Da ferner die Kohlenstoff-Nanoröhrchen selbst die Fähigkeit plastischer Verformung haben, können sie ausgezeichnete Wirkungen erzielen bei der Erhöhung der Züg/Druckfestigkeit des erzeugten Fullerenkomposits verglichen mit den zur Verstärkung bisher benutzten Kohlenstoffasern. Zur Schaffung einer ausreichend verbesserten Festigkeit für eine Verstärkungszusammensetzung haben die Kohlenstoff- Nanoröhrchen 3 vorzugsweise einen Durchmesser von 2-60 nm und eine Länge von 0,5-5 µm.
  • Die Kohlenstoff-Nanokapseln 4 können sein und sind vorzugsweise Riesenfullerene mit einer kugelförmigen Korbstruktur, die in der Kathodenschichtmasse während der Fullerenbildung durch Lichtbogenentladung gebildet werden. Kohlenstoff-Nanokapseln 4 dieser Art schaffen durch ihre Verteilung einen Festlegungseffekt für Versetzungen. Zur Optimierung der Teilchenverteilungseffekte haben die Kohlenstoff- Nanokapseln vorzugsweise einen Durchmesser von 50-200 µm.
  • Die Verstärkungszusammensetzung, die diese oben beschriebenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen 3 und Kohlenstoff- Nanokapseln 4 enthält, ist vorzugsweise in einer solchen Menge mit den ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 in der Matrix vermischt, daß die Menge des Gemisches plus der unvermeidbaren unbestimmen kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen 15-45 Gew.-% beträgt. Es kann von erheblicher Wichtigkeit für den Fullerenkomposit 1 der Erfindung sein, diese Menge der Verstärkungszusammensetzung zu enthalten. Wenn die Menge der eingebrachten Verstärkungszusammensetzung kleiner als 15 Gew.-% ist, ist die Wirkung der Vermischung nicht ausreichend. Wenn diese Menge dagegen 45 Gew.-% übersteigt, wird kein Verbundstoff von praktischer Brauchbarkeit erhalten, weil sich die den ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 innewohnenden Eigenschaften verschlechtern und die Formpressbarkeit der ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 beeinträchtigt wird. Um die Vermischungswirkung weiter zu verbessern, kann die Menge der einzubringenden Verstärkungszusammensetzung insbesondere 20-40 Gew.-% betragen.
  • Da der Fullerenkomposit 1 der Erfindung als Verstärungszusammensetzung ein Gemisch hauptsächlich aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen 3 und Kohlenstoff-Nanokapseln 4 enthält und dieses Gemisch vorzugsweise in der Matrix der ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 gleichmäßig dispergiert ist, wird ein Festlegungseffekt für Versetzungen durch Dispersion durch die Kohlenwasserstoff-Nanokapseln 4 geschaffen mit dem Effekt der Verbesserung der mechanischen Festigkeit infolge der besonderen Gestalt und der plastischen Verformung durch die Kohlenstoff- Nanoröhrchen 3. Diese Effekte helfen mit, die mechanische Festigkeit der aus den ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 hergestellten, pressgeformten Gegenstände bedeutend zu erhöhen. Wegen des Einsatzes des vorgenannten Gemisches als Verstärkungszusammensetzung kann der Fullerenkomposit 1 unter Benutzung der ultrafeinen Fulleren-Teilchen 2 als Matrix eine verbesserte Dehnung und einen verbesserten Verformungwiderstand zusätzlich zu der Verbesserung der Zug- und/oder Druckfestigkeit erreichen. Wenn die Verstärkungszusammensetzung nur aus Kohlenstoff- Nanoröhrchen 3 gebildet würde, würde der Fullerenkomposit 1 nur einen niedrigen Verformungswiderstand haben und leicht verformt werden.
  • Die oben beschriebenen Fullerenkomposists 1 dieser Erfindung können beispielsweise wie folgt hergestellt werden.
  • Zuerst beschreiben wir, wie ultrafeine Fulleren- Teilchen als C&sub6;&sub0;-Teilchen und ein Gemisch hergestellt werden, das Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanokapseln und unvermeidbare, unbestimmte, kohlenstoffhaltige Verunreinigungen in den vorgeschriebenen Verhältnissen enthält.
  • Bezüglich der ultrafeinen Fulleren-Teilchen wird zuerst ein Fulleren nach der Lichtbogenmethode unter Benutzung von Kohlenstoffstangen oder Kohlenstoffkörnern als Elektrode oder durch die Laserablationsmethode mit Bestrahlung der Graphitoberfläche mit einem UV-Laser gebildet. Da das Fulleren in Mischung mit Ruß gebildet wird, wird es aus dem Ruß durch eine Sammeleinrichtung mit Filtern und Lösungsmitteln&sub1; wie Benzol extrahiert. Das Fulleren kann nötigenfalls beispielsweise durch Flüssigkeitschromatographie auf ein gewünschtes Maß gereinigt werden. Aus dem so gebildeten Fulleren können die ultrafeinen Fulleren-Teilchen beispielsweise durch die Gasverdampfungsmethode hergestellt werden. Insbesondere können die ultrafeinen Fulleren-Teilchen dadurch erhalten werden, daß man die Fulleren-Teilchen beispielsweise in einer Heliumatmosphäre unter vermindertem Druck verdampft und den Dampf veranlaßt, sich an einem durch flüssigen Stickstoff gekühlten, kalten Finger abzuscheiden.
  • Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Kohlenstoff- Nanokapseln sind in der Substanz enthalten, die sich während des Lichtbogensentladungsverfahrens auf der Kathodenseite abscheidet. Man erhält sie, indem man die abgeschiedene Substanz pulverisiert und sie dann von dem pulverisierten Pulver unter Benutzung eines organischen Lösungsmittels, wie Ethanol, abtrennt. Durch dieses Raffinierverfahren erhält man ein Gemisch hauptsächlich aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Kohlenstoff-Nanokapseln. Gelegentlich enthält dieses Gemisch Verunreinigungen, wie graphitische Substanzen und amorphen Kohlenstoff. Die Anwesenheit von bis zu etwa 60 % unbestimmte, kohlenstoffhaltige Verunreinigungen in dem Gemisch beeinträ½htigt die erfindungsgemäßen Verbundstoffe anscheinend nicht. Wenn die nach der oben beschriebenen Methode raffinierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Kohlenstoff-Nanokapseln zu Wasser gegeben werden, das ein Dispersionsmittel enthält, und dann das Gemisch zentrifugiert wird, können die Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Kohlenstoff-Nanokapseln noch stärker raffiniert werden.
  • Die nach der oben beschriebenen Methode hergestellten, extrem feinen Fulleren-Teilchen und die Verstärkungszusammensetzung, die durch ein hauptsächlich Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Kohlenstoff-Nanokapseln in den vorgeschriebenen Anteilen enthaltendes, Gemisch gebildet wurde, werden gegenseitig intensiv dispergiert. Dann wird das so gebildete Kompositmaterial bei Raumtemperatur pressgeformt, um Teile aus dem Fullerenkomposit zu erhalten. Zur Herstellung des Komposits kann z. B. das Heißpressen angewandt werden.
  • Die Verbesserung der Orientierung der Bestandteile der Verstärkungszusammensetzung, insbesondere der darin enthaltenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, während der Formgebung ist bei dem erfindungsgemäßen Verbundstoffen ebenfalls vorteilhaft. Insbesondere kann die Festigkeit der Verstärkungszusammensetzung gegenüber Kräften senkrecht zu der Orientierungsrichtung der Kohlenstoff- Nanoröhrchen signifikant erhöht werden, indem man den Orientierungsgrad der Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einer festgelegten Richtung erhöht. Eine bessere Orientierung der Kohleristoff-Nanoröhrchen ist beispielsweise durch Anwendung eines Anordnungsverfahrens zur Ausrichtung zu erreichen, bei dem man das Kompositmaterial in ein metallisches Rohr packt und das metallische Rohr streckt. Spezifische Ausführungsformen des nach den oben beschriebenen Methoden erhaltenen Fullerenkomposits werden nun zusammen mit den Ergebnissen einer Bestimmung der Eigenschaften beschrieben.
    • Beispiel 1:
  • Erst wird ein Kohlenstoffstab (99,999%) in einer He- Atmosphäre einer Lichtbogenentladung unterworfen, und der anschließend erhaltene Ruß wurde einer Flüssigkeitschromatographie unterworfen, um ein raffiniertes C&sub6;&sub0;-Pulver zu erzeugen. Das C&sub6;&sub0;-Pulver wurde in einer He-Atmosphäre von 1,33 x 10³ Pa verdampft, und der Dampf wurde auf einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten Rotor abgeschieden. Dadurch erhielt man ultrafeines C&sub6;&sub0;-Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 10 bis 30 nm.
  • Die auf der Kathodenseite während der oben erwähnten Lichtbogenentladung des Kohlenstoffstabes gebildete Abscheidung wurde pulverisiert. Das Produkt wurde mit Ethanol raffiniert, um ein Gemisch aus Kohlenstoff- Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanokapseln und unvermeidbaren, unbestimmten kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen zu erhalten. Es wurde gefunden, daß dieses Gemisch etwa 60 Gew.-% Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthält. Die Kohlenstoff- Nanoröhrchen waren hohle Röhrchen mit einem mittleren Durchmesser von 10 nm und einer mittleren Länge von 3 um, und die Kohlenstof f-Nanokapseln waren Ellipsoide mit einem mittleren großen Durchmesser von 50 nm.
  • Dann wurde das Gemisch aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanokapseln und unvermeidbaren, unbestimmten, kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen als Verstärkungsmaterial in einer Menge von 30 Gew.-% einem ultrafeinen C&sub6;&sub0;-Pulver zugesetzt und durch Ultraschall darin dispergiert. Anschließend wurde das so erhaltene Verbundmaterial in Form von Scheiben von 3 mm Durchmesser bei Raumtemperatur in der offenen Luft mit einem Pressdruck von 123 MPa pressgeformt. Die Scheiben wurden einer Schneidbearbeitung unterzogen, um einen Fullerenkomposit in Form pressgeformter Stücke (2,5 x 2 x 1 mm) zu erhalten,
  • Bei Beobachtung der Mikrostruktur der pressgeformten Fullerenkomposits wurde gefunden, daß die Kohlenstoff- Nanoröhrchen und Kohlenstoff-Nanokapseln in ihnen gleichmäßig verteilt sind. Bei Prüfung der Zugfestigkeit des oben erwähnten, pressgeformten Fullerenkomposits unter Benutzung eines Zugfestigkeitsprüfers des Hard- Beam-Typs (Zuggeschwindigkeit 2,5 µm/s) bei Raumtemperatur wurden genügend hohe Zugfestigkeiten von 10 MPa beobachtet.
    • Vergleichsbeispiel 1:
  • Ein pressgeformter Fullerenkomposit wurde, nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 hergestellt, wobei die Menge des Gemisches aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff- Nanokapseln und unvermeidbaren, unbestimmten, kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen, die dem in Beispiel 1 hergestellten ultrafeinen C&sub6;&sub0;-Pulver zugesetzt wurde, auf 5 Gew.-% verändert wurde. Bei Prüfung dieses pressgeformten Fullerenkomposits auf Zugfestigkeit in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 zeigte sich eine niedrige Zugfestigkeit von 0,6 MPa, ein Wert gleich dem, den man mit einer pressgeformten Masse aus ultrafeinem C&sub6;&sub0;-Pulver alleine erhält.
    • Beispiele 2 bis 5:
  • Pressgeformte Fullerenkomposits wurden nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 hergestellt, wobei jedoch das Mischungsverhältnis des ultrafeinen C&sub6;&sub0;-Pulvers zu dem Gemisch aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff- Nanokapseln und unvermeidbaren, unbestimmten, kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen (der Gehalt an Kohlenstoff-Nanoröhrchen in dem Gemisch ist in Tabelle 1 angegeben) wie in Tabelle 1 angegeben verändert wurde. Die pressgeformten Fullerenkomposits wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 auf ihre Zugfestigkeit geprüft. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
  • Die Differenz zwischen der Zugfestigkeit des pressgeformten Fullerenkomposits nach Beispiel 4 und der des pressgeformten Fullerenkomposits nach Beispiel 5 beruht wohl auf der Differenz in der prozentualen Zusammensetzung der Komponenten der Verstärkungszusammensetzung.
  • Fig. 2 zeigt das Verhältnis zwischen der Menge der Verstärkungszusammensetzung in dem pressgeformten Fullerenkomposit und seiner Zugfestigkeit. Die in Fig. 2 gezeigten Ergebnisse der Zugfestigkeit sind jene, die man mit Gemischen erhielt, die ein festes Verhältnis von 50 Gew.-% Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthielten. Aus diesem Diagramm ist klar zu erkennen, daß bei Gemischbildung aus dem Gemisch von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff- Nanokapseln und unvermeidbaren, unbestimmten kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen in einer Menge in dem Bereich von 15 bis 45 Gew.-% mit den ultrafeinen Fulleren-Teilchen die so erzeugten Fullerenkomposits eine signifikant verbesserte Festigkeit annehmen und funktionelle Materialien unter Benutzung der Fullerenmatrix eine markant verbesserte praktische Brauchbarkeit erreichen.
    • Beispiel 6:
  • Das ultrafeine C&sub6;&sub0;-Pulver und das Gemisch aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanokapseln und unvermeidbaren unbestimmten kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen, das in Beispiel 1 hergestellt wurde, wurden in dem gleichen Verhältnis wie in Beispiel 1 gemischt. Das erhaltene Kompositmaterial wurde dann in einem Ag-Rohr von 8 mm Außendurchmesser, 6 mm Innendurchmesser und 150 mm Länge versiegelt. Dieses Ag- Rohr wurde geschmiedet, gewalzt und bis auf einen endgültigen Außendurchmesser von 0,5 mm gezogen. Dann wurde das Ag-Rohr von dem gezogenen Kabel abgeschält. Man erhielt einen geformten Fullerenkomposit, bei dem die Kohlenstoff-Nanpröhrchen in der Kabelziehrichtung ausgerichtet waren.
  • Bei Prüfung der Zugfestigkeit dieses geformten Fullerenkomposits i,n der gleichen Weise wie in Beispiel 1 zeigte der Komposit eine wesentlich verbesserte hohe Zugfestigkeit von 15 MPa.
  • Wie durch die oben genannten Arbeitsbeispiele demonstriert wurde, zeigen die Fulleren-Komposits dieser Erfindung praktische Festigkeit und Verformungswiderstand neben solchen metallischen Eigenschaften, wie plastische Verformung und Kaltverfestigung, sowie solche spezifischen Eigenschaften, wie z. B. Supraleitfähigkeit, wie sie Fulleren, wie etwa C&sub6;&sub0;, eigentümlich ist. Wenn die Fulleren-Verbundstoffe dieser Erfindung in funktionelle Werkstoffe eingebaut werden und dadurch die erwünschten Eigenschaften des Fullerens wirksam ausgenutzt werden, können die Verbundstoffe den Werkstoffen viel bessere Handhabungseigenschaften verleihen. Die vorliegende Erfindung verbreitert somit den Anwendungsbereich, in dem Fullerene zum Einsatz kommen können.

Claims (9)

1. Fullerenkomposit mit einer Matrix, die im wesentlichen aus ultrafeinen Fulleren-Teilchen mit Durchmessern von 5 bis 50 nm gebildet ist, und einer Verstärkungszusammensetzung, die aus einem Gemisch im wesentlichen aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff- Nanokapseln und unvermeidbaren, unbestimmten, kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen besteht und in einer Menge von 15 bis 45 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Matrix, in die Matrix eingebaut ist.
2. Fullerenkomposit nach Anspruch 1, bei dem die ultrafeinen Fulleren-Teilchen hauptsächlich aus C&sub6;&sub0;- Molekülen gebildet sind und vorzugsweise im wesentlichen aus den genannten C&sub6;&sub0;-Molekülen bestehen.
3. Fullerenkomposit nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die genannte Verstärkungszusammensetzung die Kohlenstoff- Nanoröhrchen in einer Menge von 30 bis 90 Gew.-% enthält.
4. Fullerenkomposit nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die genannten Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Kghlenstoff-Nanokapseln im wesentlichen gleichmäßig in dem Verbundstoff verteilt sind.
5. Fullerenkomposit nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die genannten Kohlenstoff-Nanoröhrchen einen Durchmesser von 2 bis 60 nm und eine Länge von 0,5 bis 5 µm haben.
6. Fullerenkomposit nach einem vorhergehenden Anspruch, bei: dem die genannten Kohlenstoff-Nanokapseln einen Durchmesser von 50 bis 200 nm haben.
7. Fullerenkomposit nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die genannten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einer im wesentlichen festgelegten Richtung in dem Verbundstoff orientiert sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines Fullerenkomposits, wie er in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht ist, durch Formpressen eines Gemisches aus ultrafeinen Fulleren-Teilchen, wie sie in einem vorhergehenden Anspruch definiert sind, und einer Verstärkungszusammensetzung, wie sie in einem vorhergehenden Anspruch definiert ist.
9. Verwendung eines Fullerenkomposits, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht ist, zur Herstellung eines industriellen Artikels.
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