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 Bessere Anwendungsmöglichkeiten für Laserlicht
28.03.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Biegsame Touchscreens: Neues Herstellungsverfahren für transparente Elektronik verbessert
28.03.2017 | Universität des Saarlandes

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Von Agenten, Algorithmen und unbeliebten Wochentagen

28.03.2017 | Unternehmensmeldung

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit