Processing and properties of carbon nanotube-copper composites

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Yksittäisillä hiilinanoputkilla on huomattavan hyvät mekaaniset, termiset ja sähköiset ominaisuudet. Yksi keino hyödyntää näitä ominaisuuksia suuremmassa mittakaavassa on valmistaa komposiittimateriaali, jossa yhdistetään hiilinanoputkia kuparin kanssa. Tällaista materiaalia on ehdotettu korvaamaan perinteisiä kuparijohtimia, koska komposiitti voi teoreettisesti tarkasteltuna parantaa useita johdinmateriaalille tärkeitä ominaisuuksia, kuten sähköistä johtavuutta ja virrankantokykyä sekä keventää sen painoa. Tämän väitöskirjan tavoitteena on tutkia kuparin sähkösaostusprosessia vesipohjaisesta kuparisulfaattielektrolyytistä erilaisille hiilinanoputkimatriiseille, kuten hiilinanoputkikuiduille, hiilinanoputkilangoille ja hiilinanoputkikalvoille. Hiilinanoputkimatriisien alhaisen sähköisen johtavuuden takia sähkösaostusprosessi alkaa läheltä sähköistä kontaktia ja etenee kauemmas kasvavan kuparin parantaessa työelektrodin sähkönjohtavuutta. Kuparin kasvu nanoputkimatriisin sisälle on sitä helpompaa, mitä suurempi on matriisin huokoisuus. Hapettavat esikäsittelyt paransivat hiilinanoputkifilmien sähkökemiallista aktiivisuutta huomattavasti. Hapetuskäsittelyn vahvuutta voitiin kontrolloida sekä lämpökäsittelyllä että sähkökemiallisella hapetuksella. Samalla kun materiaalin sähkökemiallinen aktiivisuus kasvoi, myös amorfinen hiili hapettui pois materiaalin pinnalta. Lisäksi materiaalin hydrofiilisyys kasvoi, jolloin kuparin sähkösaostus filmin sisälle tuli mahdolliseksi. Hiilinanoputki-kuparikuitujen ja lankojen mikrorakenne vaikutti niiden massalla normalisoituun sähköiseen johtokykyyn (spesifinen johtavuus). Hiilinanoputki-kuparikuitujen spesifinen johtavuus oli pienempi, kuin vastaavien hiilinanoputki-kuparilankojen. Langoissa kupari pinnoittui vain matriisin päälle muodostaen puhtaan hyvin johtavan kuparipinnoitteen, kun kuiturakenteissa kupari ydintyi myös nanoputkien väliin matriisin sisälle. Tällöin kuitujen spesifistä johtavuutta heikensi myös nanoputkien väliset kontaktivastukset sekä heikko ominaisjohtavuus. Työssä tutkittiin myös valettujen ja langoiksi vedettyjen 0.05 painoprosenttia hiilinanoputkia sisältävien kuparilankojen korroosio-ominaisuuksia. Komposiittilankojen korroosionopeus oli tutkituilla metodeilla hieman puhdasta kuparia pienempi. Viitteitä galvaanisesta korroosiosta ei todettu sähkökemiallisilla menetelmillä eikä korroosiopintoja tutkimalla.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8425-1
Sähköinen ISBN978-952-60-8426-8
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • hiilinanoputki, kupari, komposiitti, sähkösaostus

ID: 32446479