Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Carbon-Nanotubes senken den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metallen

20.05.2009
Elektrische Geräte enthalten oft Komponenten, die aus Materialien mit verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) bestehen.

Wenn diese Geräte unter extremen Temperaturen arbeiten oder wenn Wärme während des Betriebs erzeugt wird, führt dies meist durch Überhitzung zu Schäden. Die Senkung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metallen durch die Zugabe von Carbon-Nanotubes (CNT) soll in Zukunft Abhilfe schaffen.

Vor allem Hochleistungsschalter, die in der Automobilindustrie oder in Kühl­körpern von Hochleistungshalbleitergeräten eingesetzt werden, sind extremen Temperaturen ausgesetzt. Damit es zu keiner Überhitzung mit Bruch von elektrischen Kontakten und damit Schäden kommen kann, ist es in diesen Bereichen vorteilhaft, die verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlicher Materialien einander anzupassen.

Die neueste Entwicklung auf diesem Gebiet stellen die Carbon-Nanotubes-basierte Metallmatrix-Komposite (MMC) mit dem verbesserten (verminderten) thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) im Vergleich zu reinen Metallen dar. Zu ihren hervorragenden elektrischen, thermischen und mechanischen Eigen­schaften besitzen CNT zusätzlich einen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Deshalb sind sie hervorragend geeignet, um Hochleistungkompositmaterialien mit insgesamt relativ geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten herzustellen.

Die ersten CNT-basierten Al- und Cu-Komposite wurden durch pulvermetallurgische Verfahren hergestellt. Dabei werden die Koeffizienten der thermischen Ausdehnung der Verbundwerkstoffe durch einen Dilatometer mit einem weiten Temperaturbereich (-155 °C bis 255 °C) bemessen.

Die Ergebnisse waren vielversprechend. Durch den Zusatz von Multi-Walled-Nanotubes (MWNTs) in Aluminium verringert sich der Wärmeausdehnungskoeffizient um bis zu 12-14 Prozent im breiten Temperaturbereich (-155 °C bis 255 °C) im Vergleich zu reinem Aluminium. Für Cu-CNT-Komposite bei negativen und niedrigen Temperaturen (bis zu 100 °C) hat sich keine signifikante Senkung der CTE ergeben, aber bei hohen Temperaturen (255 °C) ist eine fünfprozentige Verbesserung im Vergleich zu reinem Kupfer gemessen worden. Die besten Ergebnisse konnten durch den Zusatz von Single-Walled-Nanotubes (SWNTs) erzielt werden. Bei einem dreiprozentigen Aluminium-SWNT-Komposit zeigte sich eine Senkung des CTE um bis zu 20 Prozent gegenüber herkömmlichem Aluminium. Weitere Verbesserungen der Eigenschaften werden durch eine verbesserte Prozesstechnik bei der Herstellung der Komposite erwartet.

Die Senkung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metallen durch die Zugabe von Carbon-Nanotubes soll in der Zukunft vor allem bei Geräten verwendet werden, in welchen unterschiedliche Materialien bei hohen Temperaturen arbeiten. Dazu zählen beispielsweise Hochleistungsschalter, die in der Automobilindustrie eingesetzt werden, Kühlkörper von Hochleistungshalbleiterbauelementen, elektronische Geräte für die elektrische Verbindungstechnik, Kabel und Kontakte für die elektrische Energieübertragung oder elektronische Verpackungen für die Mikroelektronik.

Die Abteilung "Prozessengineering funktionaler Materialien" des Fraunhofer IPA beschäftigt sich seit 2001 (damals Fraunhofer TEG) mit der Forschung und Ent­wicklung von Prozessen zur Herstellung von Materialien und Anwendungen mit Carbon-Nanotubes (CNT/Kohlenstoffnanoröhrchen). Auf dem Gebiet CNT-verstärkte Metallmatrix-Komposite und -Beschichtungen arbeiten die IPA-Forscher seit 2005.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Carsten Glanz
Telefon: +49 711 970-3736 I E-Mail: carsten.glanz@ipa.fraunhofer.de

Hubert Grosser | Fraunhofer Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.ipa.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Fraunhofer IFAM erweitert den Forschungsbereich »Beschichtungen für Bewuchs- und Korrosionsschutz«
11.01.2017 | Fraunhofer IFAM

nachricht Schrauben mit Köpfchen
10.01.2017 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau