DE102009002178A1 - Extruded composite electrical conductor has core consisting of metal and/or metal nitrides, oxides and/or carbides containing an embedded carbon nano-material - Google Patents

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Abstract

An extruded composite electrical conductor has a core-mantle structure in which the core is an electrical conductor and the matrix is made of metal and/or metal nitrides, oxides and/or carbides containing an embedded carbon nano-material. The carbon nano-material forms both an electrical and physical link between the core and the matrix outer surface. The metal matrix is pure metal or a metal alloy. The metal alloy is Fe, Cu, Al, Ni, Ag, Pt, Ti, Mo, W, Ru er Au or a commensurate alloy, or steel or Ti(Al,N), TiC, TiN, TiCN or Al2O3. Further claimed is an extruding process for the manufacture of a commensurate conductor in which the cavities are packed with matrix material. The nano-material consists of or incorporates of carbon tubes.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Materialwissenschaften und betrifft ein strangförmiges Kompositleitermaterial, welches beispielsweise für Stromversorgungsleitungen, Spulen, Transformatoren oder Oberleitungen zum Einsatz kommen kann.The This invention relates to the field of materials science and relates to a stranded composite conductor material, which, for example, for power supply lines, coils, Transformers or overhead lines can be used.

Leiter oder leitfähige Kabel dienen der elektrischen Verbindung von zwei oder mehreren elektrischen Komponenten. Diese Verbindung soll i. a. möglichst verlustlos (elektrische Verluste, d. h. geringstmöglicher Widerstand) erfolgen. In manchen Einsatzfällen erfüllen diese Leiter oder Kabel auch zusätzliche Aufgaben, wie z. B. die Ableitung von Wärme über Wärmeleitung oder sie haben eine mechanische Trägerfunktion, wie beispielsweise im Fall freihängender Stromversorgungsleitungen oder von Oberleitungen im Nah- und Fernverkehr. Beim Einsatz mit Schleifern, wie beispielsweise bei Bahnoberleitungen, müssen diese Leitungen oder Kabel neben einer hohen Zugfestigkeit, einer geringen Kriechrate und einer hohen Zähigkeit auch eine hohe Verschleißfestigkeit (Reibverschleiß) zumindest an deren Oberfläche haben.ladder or conductive cables are used for electrical connection of two or more electrical components. This connection should I. a. as lossless as possible (electrical losses, d. H. lowest possible resistance). In some applications These conductors or cables also fulfill additional requirements Tasks, such as B. the dissipation of heat over Heat conduction or they have a mechanical carrier function, such as in the case of free-hanging power lines or overhead lines in local and long-distance traffic. When using with Grinders, such as in railway overhead lines, must these cables or cables in addition to a high tensile strength, a low creep rate and high toughness also one high wear resistance (fretting wear) at least have on their surface.

Die gleichzeitigen Forderungen nach einer hohen Stromtragfähigkeit auf der einen Seite und guten thermo-mechanischen Eigenschaften auf der anderen Seite machen eine Werkstoffentwicklung schwierig. Als Kompromiss werden in der Praxis vielfach Cu-basierende Legierungen verwendet oder speziell beschichtete oder verdrillte Leiter oder Kabel.The simultaneous demands for high current carrying capacity on the one hand and good thermo-mechanical properties on the other hand, material development makes it difficult. As a compromise in practice many Cu-based alloys used or specially coated or twisted ladder or Electric wire.

Kompositmaterialien mit eingelagerten Kohlenstoffnanoröhren sind in den letzten Jahren in Form von Pulvermaterialien bekannt geworden, wobei speziell auch CNT-Cu-Komposite hergestellt und untersucht wurden [ Kim, K. T, et al, Mater. Sci. and Eng. A430 (2006), p. 27; Cha, S. I. et al, Adv. Mater. 17 (2005) p. 13772,3 ]. Es konnte gezeigt werden, dass diese merklich verbesserte mechanische Eigenschaften haben. Derartige Materialien sind aufgrund ihrer pulvermetallurgischen Herstellung i. a. nicht für Beschichtungen geeignet, welche mit Dünn- oder Dickschichttechniken mit Schichtdicken zwischen mm bis sub-μm hergestellt werden müssen.Composite materials with embedded carbon nanotubes have become known in recent years in the form of powder materials, and in particular, CNT-Cu composites have also been prepared and investigated [ Kim, K.T., et al, Mater. Sci. and Eng. A430 (2006), p. 27; Cha, SI et al., Adv. Mater. 17 (2005) p. 13,772.3 ]. It could be shown that they have noticeably improved mechanical properties. Due to their powder metallurgical production, such materials are generally not suitable for coatings which have to be produced by thin or thick-film techniques with layer thicknesses of between mm and sub-μm.

Ferner ist auch ein elektrochemisches Verfahren zur Herstellung von CNT-Cu-Kompositschichten bekannt ( US 2007/0199826 A1 , US 2007/0158619 A1 , US 7226531 B2 ). Danach ist bekannt, dass sich nach chemischer Funktionalisierung der CNTs CNT-Cu-Kompositschichten auf Substraten mittels Elektroplating mit u. a. verbesserten mechanischen und tribologischen Eigenschaften herstellen lassen.Furthermore, an electrochemical process for producing CNT-Cu composite layers is also known (US Pat. US 2007/0199826 A1 . US 2007/0158619 A1 . US 7226531 B2 ). It is then known that after chemical functionalization of the CNTs, CNT-Cu composite layers can be produced on substrates by means of electroplating with, inter alia, improved mechanical and tribological properties.

Nach dem US 7226531 B2 ist die Herstellung eines Verbindungsdrahtes auf ebenen flexiblen Substraten (interconnection wire) aus einem Kompositmaterial aus CNTs und Metall ebenfalls bekannt.After this US 7226531 B2 For example, the production of a bonding wire on flat flexible substrates (interconnection wire) made of a composite material of CNTs and metal is also known.

Nachteile der bekannten Lösungen sind:

  • – Die Abscheidung ist nicht auf Substraten beliebiger Geometrie wie extrem langen Leitern bzw. Bändern möglich.
  • – Es besteht keine Möglichkeit für einen kontinuierlichen Herstellungsprozess für große Längen.
  • – Es bestehen dann im Falle der Zugabe der CNTs i. a. Probleme bei der homogenen Verteilung der CNTs in der Kompositschicht, da diese stark zur Agglomeration neigen.
  • – Ein generelles Problem besteht in der schlechten Benetzung von Kohlenstoffnanostrukturen mit einigen Metallen wie beispielsweise Cu.
Disadvantages of the known solutions are:
  • - The deposition is not possible on substrates of any geometry such as extremely long conductors or bands.
  • - There is no possibility for a continuous manufacturing process for long lengths.
  • In the case of the addition of the CNTs, there are generally problems with the homogeneous distribution of the CNTs in the composite layer, since they are highly prone to agglomeration.
  • - A general problem is the poor wetting of carbon nanostructures with some metals such as Cu.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein strangförmiges Kompositleitermaterial anzugeben, mit welchem lange Leiter und Bänder beschichtet und/oder hergestellt werden können, die eine hohe Stromtragfähigkeit in Verbindung mit verbesserten thermo-mechanischen Eigenschaften zeigen.The Object of the present invention is a strand-shaped Specify composite conductor material with which long conductors and tapes are coated and / or can be manufactured, which has a high current carrying capacity in conjunction with improved thermo-mechanical properties demonstrate.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The The object is achieved by the invention specified in the claims solved. Advantageous embodiments are the subject of Dependent claims.

Das erfindungsgemäße strangförmige Kompositleitermaterial besteht aus einer Kern-Mantel-Struktur, wobei mindestens der Kern oder der Mantel aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, und der Mantel aus einem Matrixmaterial aus einem Metall und/oder aus Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden und aus mindestens eine Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen besteht, wobei die Kohlenstoffnanostrukturen mindestens teilweise eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.The strand composite composite material according to the invention consists of a core-shell structure, with at least the core or the sheath of an electrically conductive material consists, and the jacket of a matrix material of a metal and / or metal nitrides, oxides and / or carbides and at least one intercalation component consists of carbon nanostructures, wherein the carbon nanostructures at least partially a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer Realize the surface of the matrix material.

Weiterhin vorteilhafterweise besteht das metallische Matrixmaterial aus einem reinen Metall oder aus einer Metalllegierung.Farther Advantageously, the metallic matrix material consists of a pure metal or a metal alloy.

Ebenfalls vorteilhafterweise ist das metallische Matrixmaterial Fe, Cu, Al, Ni, Ag, Pt, Ti, Mo, W, Ru oder Au ist oder Legierungen davon oder Stahl oder Ti(Al,N), TiC, TiN, TiCN oder Al2O3.Also advantageously, the metallic matrix material is Fe, Cu, Al, Ni, Ag, Pt, Ti, Mo, W, Ru or Au or alloys thereof or steel or Ti (Al, N), TiC, TiN, TiCN or Al 2 O 3 .

Vorteilhafterweise besteht das Matrixmaterial aus elektrisch leitenden Metall-Nitriden, -Oxiden, und/oder -Carbiden und aus mindestens einer Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen.advantageously, if the matrix material consists of electrically conductive metal nitrides, Oxides, and / or carbides and at least one intercalation component from carbon nanostructures.

Und auch vorteilhafterweise besteht das Matrixmaterial aus elektrisch nichtleitenden Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden und aus mindestens einer Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen.And also advantageously, the matrix material consists of electrically non-conductive metal nitrile , oxides and / or carbides and at least one intercalation component of carbon nanostructures.

Es ist auch vorteilhaft, wenn die Einlagerungskomponente aus 0-, 1- oder 2-dimensionalen Kohlenstoffnanostrukturen besteht.It is also advantageous if the intercalation component is 0-, 1- or 2-dimensional carbon nanostructures.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Einlagerungskomponente Fullerene, einwandige Kohlenstoffnanoröhren (Singlewall Carbon Nanotubes), mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (Multiwall Carbon Nanotubes), Graphene oder Kohlenstoffnanodrähte sind.Farther It is advantageous if the storage component fullerenes, single-walled Carbon nanotubes (singlewall carbon nanotubes), multi-walled Carbon nanotubes (Multiwall Carbon Nanotubes), Graphene or carbon nanowires.

Auch vorteilhaft ist es, wenn die Einlagerungskomponente aus vollständig oder teilweise gefüllten Kohlenstoffnanoröhren besteht oder diese enthält, wobei noch vorteilhafterweise die Einlagerungskomponente aus vollständig gefüllten Kohlenstoffnanoröhren besteht oder diese enthält.Also It is advantageous if the storage component of completely or partially filled carbon nanotubes consists or contains this, where still advantageously the storage component of completely filled Carbon nanotubes consists or contains.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Kern strangförmig oder bandförmig ausgebildet ist.Also It is advantageous if the core is strand-shaped or band-shaped is trained.

Und auch vorteilhaft ist es, wenn der Kern vom Matrixmaterial mit den Einlagerungskomponenten nur teilweise bedeckt ist.And It is also advantageous if the core of the matrix material with the Storage components is only partially covered.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der Kern aus einem metallischen Material oder einem beschichteten Polymermaterial besteht.Advantageous It is also when the core of a metallic material or a coated polymeric material.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Kern und dem Mantel eine Pufferschicht angeordnet ist.Farther It is advantageous if between the core and the jacket, a buffer layer is arranged.

Von Vorteil ist es auch, wenn die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet ist, dass mehr als 50% aller Kohlenstoffnanostrukturen eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren, wobei noch vorteilhafterweise die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet ist, dass im Wesentlichen alle Kohlenstoffnanostrukturen eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.From It is also an advantage if the storage component in the jacket so is arranged that more than 50% of all carbon nanostructures a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer surface of the matrix material realize, wherein still advantageously the storage component in the shell is arranged so that essentially all carbon nanostructures a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer surface of the Realize matrix material.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet ist, dass im Wesentlichen alle Kohlenstoffnanostrukturen eine radiale und/oder senkrechte Ausrichtung vom Kern zur äußeren Oberfläche des Matrixmaterials aufweisen und mindestens eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.Also it is advantageous if the storage component in the jacket so is arranged that essentially all carbon nanostructures a radial and / or vertical orientation from the core to the outer Have surface of the matrix material and at least a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer surface of the Realize matrix material.

Und auch von Vorteil ist es, wenn die mittlere Länge der Kohlenstoffnanostrukturen der Dicke des Mantels entspricht.And it is also advantageous if the average length of the carbon nanostructures the thickness of the shell corresponds.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von strangförmiges Kompositleitermaterial werden

  • entweder
  • – auf die Oberfläche eines Kernmaterials mit einer Keimschicht Partikel oder eine Schicht eines Katalysatormaterials aufgebracht, dieser Schichtverbund einer Temperaturerhöhung ausgesetzt und mittels plasmaunterstützter Verfahren Kohlenstoffnanostrukturen hergestellt, die sich so ausrichten, dass sie mindestens teilweise eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kernmaterial und der äußeren Oberfläche des später aufzubringenden Matrixmaterials realisieren, sowie nachfolgend mindestens die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen durch mindestens ein metallisches Matrixmaterial und/oder durch mindestens ein Matrixmaterial aus Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden ausgefüllt werden
  • und/oder
  • – auf die Oberfläche eines Kernmaterials mit oder ohne bereits darauf befindlichen Schichten mittels plasmaunterstützter Verfahren Partikel aufgebracht werden, die während oder nach dem Aufbringen zur Herausbildung von Kohlenstoffnanostrukturen führen, die sich so ausrichten, dass sie mindestens teilweise eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kernmaterial und der äußeren Oberfläche des später aufzubringenden Matrixmaterials realisieren, und nachfolgend die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen durch ein metallisches Matrixmaterial und/oder durch mindestens ein Matrixmaterial aus Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden ausgefüllt werden.
In the method according to the invention for producing strand-shaped composite conductor material
  • either
  • - Applied to the surface of a core material having a seed layer of particles or a layer of a catalyst material, this layer composite exposed to a temperature increase and produced by plasma-assisted processes carbon nanostructures, which align so that they at least partially a material and / or electrically conductive connection between the core material and realize the outer surface of the later to be applied matrix material, and subsequently at least the interstices between the carbon nanostructures by at least one metallic matrix material and / or filled by at least one matrix material of metal nitrides, oxides and / or carbides
  • and or
  • Be applied to the surface of a core material with or without already existing layers by means of plasma-assisted processes particles that lead during or after application to the formation of carbon nanostructures, which are oriented so that they at least partially a material and / or electrically conductive connection between realize the core material and the outer surface of the matrix material to be applied later, and subsequently the interstices between the carbon nanostructures are filled by a metallic matrix material and / or by at least one matrix material of metal nitrides, oxides and / or carbides.

Vorteilhafterweise werden die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen vollständig oder nahezu vollständig aufgefüllt.advantageously, become the interstices between the carbon nanostructures completely or almost completely filled.

Auch vorteilhafterweise wird als Keimschichtmaterial Cu oder Ru eingesetzt.Also Advantageously, the seed layer material used is Cu or Ru.

Ebenfalls vorteilhafterweise werden als Katalysatormaterial Fe, Ni und/oder Co eingesetzt.Also Advantageously, the catalyst material Fe, Ni and / or Co used.

Weiterhin vorteilhafterweise wird zwischen Kernmaterial und Keimschicht eine Haftvermittlerschicht aufgebracht.Farther advantageously, between the core material and seed layer becomes a Adhesive layer applied.

Von Vorteil ist es auch, wenn beim plasmaunterstützten Verfahren Acetylen, Ethylen oder CH4-Gas eingesetzt wird, wobei vorteilhafterweise das kohlenstoffhaltige Gas mit einem Inertgas im Bereich 0–30 Vol.-% verdünnt wird, insbesondere in einem Verhältnis Gas/Inertgas = 1/9.It is also advantageous if acetylene, ethylene or CH 4 gas is used in the plasma-assisted process, the carbon-containing gas advantageously being diluted with an inert gas in the range 0-30% by volume, in particular in a gas / inert gas = 1 ratio /. 9

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn als metallisches Matrixmaterial leitfähige Metalle eingesetzt werden, wobei noch vorteilhafterweise als metallisches Matrixmaterial Al, Cu, Ni, Fe, Ag, Au, Ru, Pt oder Ti, Mo oder W oder Legierungen oder Multischichten davon oder Stahl eingesetzt werden.Also It is advantageous if as a metallic matrix material conductive Metals are used, wherein even more advantageously than metallic Matrix material Al, Cu, Ni, Fe, Ag, Au, Ru, Pt or Ti, Mo or W. or alloys or multilayers thereof or steel become.

Und auch von Vorteil ist es, wenn als Matrixmaterial ein Material aus elektrisch leitenden Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden und aus mindestens einer Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen eingesetzt wird.And It is also advantageous if a material is used as the matrix material electrically conductive metal nitrides, oxides and / or carbides and at least one intercalation component of carbon nanostructures is used.

Weiterhin von Vorteil ist es, wenn als Matrixmaterial ein Material aus elektrisch nichtleitenden Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden und aus mindestens einer Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen eingesetzt wird.Farther It is advantageous if as a matrix material, a material of electrical non-conductive metal nitrides, oxides and / or carbides and at least used a Einlagerungskomponente of carbon nanostructures becomes.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Kohlenstoffnanostrukturen mit einer Zwischenschicht versehen werden, die bevorzugt mittels Atomic Layer Deposition (ALD) aufgebracht wird, wobei noch vorteilhafterweise als Zwischenschicht ein Metall oder ein Oxid oder Nitrid, wie Ru, Ta, Ti, TaN, TiN, Hf-Oxid und/oder Zr-Oxid oder Multischichten oder Legierungen davon aufgebracht wird.Advantageous it is also when the carbon nanostructures with an intermediate layer provided by atomic layer deposition (ALD). is applied, wherein still advantageously as an intermediate layer a metal or an oxide or nitride, such as Ru, Ta, Ti, TaN, TiN, Hf oxide and / or Zr oxide or multilayers or alloys thereof applied becomes.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet wird, dass mehr als 50% aller Kohlenstoffnanostrukturen eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.Also It is advantageous if the storage component in the jacket so is arranged that more than 50% of all carbon nanostructures a material and / or electrically conductive connection between the Core and the outer surface of the matrix material realize.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet wird, dass im Wesentlichen alle Kohlenstoffnanostrukturen eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.Farther It is advantageous if the storage component in the jacket so is arranged that essentially all carbon nanostructures a material and / or electrically conductive connection between the Core and the outer surface of the matrix material realize.

Und auch vorteilhaft ist es, wenn die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet wird, dass im Wesentlichen alle Kohlenstoffnanostrukturen eine radiale und/oder senkrechte Ausrichtung vom Kern zur äußeren Oberfläche des Matrixmaterials aufweisen und mindestens eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.And It is also advantageous if the storage component in the jacket is arranged so that essentially all carbon nanostructures a radial and / or vertical orientation from the core to the outer Have surface of the matrix material and at least a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer surface of the Realize matrix material.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Wachstumsprozess der Kohlenstoffnanostrukturen so gesteuert wird, dass die Länge der Kohlenstoffnanostrukturen der Dicke des Mantels entspricht.Advantageous it continues, if the growth process of the carbon nanostructures is controlled so that the length of the carbon nanostructures the thickness of the shell corresponds.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es erstmals möglich, lange strangförmige Leiter und Bänder mit hoher Stromtragfähigkeit mit gleichzeitig verbesserten thermo-mechanischen Eigenschaften anzugeben.With It is the first time the solution according to the invention possible, long strand-shaped ladder and ribbons with high current carrying capacity with improved simultaneously specify thermo-mechanical properties.

Zur Herstellung hochbeanspruchbarer strangförmiger Leiter oder Kabel mit hoher Stromtragfähigkeit mit gleichzeitig verbesserten thermo-mechanischen Eigenschaften, insbesondere für Wechselstromanwendungen, wird erfindungsgemäß ein strangförmiges Kompositleitermaterial für Leiter- oder Kabelsysteme angegeben, welches aus einer Kern-Mantel-Struktur besteht, wobei der Mantel aus einem Matrixmaterial mit einer Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen besteht. Dabei besteht das Matrixmaterial aus einem Metall und/oder aus Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden. Erfindungsgemäß realisieren dabei die Kohlenstoffnanostrukturen mindestens teilweise eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials.to Production of heavy-duty strand-shaped conductor or Cable with high current carrying capacity with improved simultaneously thermo-mechanical properties, in particular for AC applications, is a strand-shaped according to the invention Indicated composite conductor material for conductor or cable systems, which consists of a core-shell structure, wherein the jacket from a matrix material with an intercalation component of carbon nanostructures consists. In this case, the matrix material consists of a metal and / or of metal nitrides, oxides and / or carbides. Implement according to the invention the carbon nanostructures at least partially a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer Surface of the matrix material.

Der Kern eines strangförmigen Leiters oder eines Kabels kann aus einem metallischen oder nichtmetallischen Material bestehen.Of the Core of a strand-shaped conductor or a cable can consist of a metallic or non-metallic material.

Im Falle eines metallischen Kerns, der beispielsweise in einem Drahtziehverfahren hergestellt wurde, besteht dieser aus üblichen Stahlsorten. Auch kann der Kern speziell bearbeitet oder seilartig verdrillt worden sein.in the Case of a metallic core, for example, in a wire drawing process made, this consists of common steel grades. Also, the core can be specially processed or twisted rope-like have been.

Im Falle eines nichtmetallischen Materials kann der Kern beispielsweise aus einem Polymermaterial bestehen.in the For example, if the core is a non-metallic material consist of a polymer material.

Der Kern kann erfindungsgemäß aus einem elektrisch leitenden oder auch nichtleitenden Material bestehen, wobei jedoch gesichert sein muss, dass mindestens das Kernmaterial oder das Matrixmaterial des Mantels elektrisch leitfähig ist. Dies bedeutet, dass, wenn das Kernmaterial elektrisch nichtleitend ist, dann das Matrixmaterial des Mantels elektrisch leitend sein muss, oder auch umgekehrt. Es ist aber erfindungsgemäß auch möglich, dass Kern- und Matrixmaterial elektrisch leitend ausgebildet sind.Of the Core can according to the invention of an electric conductive or non-conductive material, but where It must be ensured that at least the core material or the matrix material of the jacket is electrically conductive. This means that, if the core material is electrically non-conductive, then the matrix material of the jacket must be electrically conductive, or vice versa. It but is also possible according to the invention that core and matrix material are electrically conductive.

Auf einen vorteilhafterweise strang- oder bandförmigen Kern werden Katalysatorpartikel (z. B. Fe, Ni, Co oder andere) aufgebracht. Das geschieht vorzugsweise in einer Durchlaufanlage, wobei entweder direkt die Katalysatorpartikel, z. B. über eine Sputtertechnik in einem übersättigtem Dampf aufgebracht werden, oder in einer Durchlaufanlage zunächst eine dünne Schicht (1–5 nm Dicke) des Katalysatormaterials über eine der Dünnschichttechniken (Sputtern, Verdampfen, CVD) auf die Oberfläche des Kerns abgeschieden werden und über eine nachfolgende Wärmebehandlung die Katalysatorpartikel durch Agglomerationseffekte gebildet werden. Dabei werden die Partikel aus einer dünnen Schicht während des CVD Prozesses zur Kohlenstoffnanostrukturen-Herstellung gebildet, wobei der CVD Prozess in zwei Phasen unterteilt ist:

  • a) in einer ersten Prozessphase wahrend des Aufheizens (ohne C-haltiges Gas) werden zwischen ca. 500°C und 700°C die Partikel gebildet, und
  • b) in einer zweiten Prozessphase werden bei Erreichen einer Temperatur ab ca. 700°C im Temperaturintervall zwischen 700°C und 900°C die Kohlenstoffnanostrukturen abgeschieden.
Catalyst particles (eg Fe, Ni, Co or others) are applied to an advantageously strand or ribbon-shaped core. This is preferably done in a continuous system, either directly the catalyst particles, z. B. be applied via a sputtering technique in a supersaturated steam, or in a continuous system, first a thin layer (1-5 nm thickness) of the catalyst material via one of the thin film techniques (sputtering, evaporation, CVD) are deposited on the surface of the core and a subsequent heat treatment, the catalyst particles are formed by agglomeration effects. The particles are selected from a thin layer formed during the CVD process for the production of carbon nanostructures, whereby the CVD process is divided into two phases:
  • a) in a first process phase during the heating (without C-containing gas) are formed between about 500 ° C and 700 ° C, the particles, and
  • b) in a second process phase, the carbon nanostructures are deposited when reaching a temperature from about 700 ° C in the temperature range between 700 ° C and 900 ° C.

Dabei ist erfindungsgemäß unter „nach den Aufbringen von Partikeln, die zur Herausbildung von Kohlenstoffnanostrukturen führen” gemeint, dass in einem vom CVD-Temperaturprozess separaten und unabhängigen Prozess, wie z. B. über einen Sputterprozess, zunächst Partikel aufgebracht werden, und dann in einem anderen (einstufigen) Prozess die Kohlenstoffnanostrukturen vermittels dieser Partikel wachsenthere is according to the invention under "after application of particles responsible for the formation of carbon nanostructures lead "in one of the CVD temperature process separate and independent process, such as B. over a sputtering process, particles are first applied, and then in another (one-step) process the carbon nanostructures grow by means of these particles

Die Partikelgröße generell liegt, abhängig von den Prozessparametern, vorzugsweise zwischen 5 und 30 nm.The Particle size is generally dependent on the process parameters, preferably between 5 and 30 nm.

Nachfolgend wird der beschichtete Kern in einer C-haltigen Atmosphäre über thermisch aktivierte Prozesse oder thermisch-plasmaaktivierte Prozesse mit Kohlenstoffnanostrukturen (CNT = Carbon Nanotubes, Single- und/oder Multiwall-CNTs, Fullerene, Graphene) beschichtet. Diese Kohlenstoffnanostrukturen haben eine Vorzugsrichtung mit Bezug auf die Oberfläche des Kerns oder des Substrates. Bei kreisrundem Drahtquerschnitt ist es vorzugsweise die radiale Richtung.following becomes the coated core in a C-containing atmosphere over thermally activated processes or thermal-plasma-activated processes with carbon nanostructures (CNT = carbon nanotubes, single and / or Multiwall CNTs, fullerenes, graphenes) coated. These carbon nanostructures have a preferred direction with respect to the surface the core or the substrate. For circular wire cross section it is preferably the radial direction.

In einem anschließenden Prozess werden die Kohlenstoffnanostrukturen funktionalisiert und mit Hilfe bevorzugt eines elektrochemischen Verfahrens mit dem Matrixmaterial beschichtet, so dass die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen ausgefüllt werden und das Matrixmaterial als Ummantelung für die Kohlenstoffnanostrukturen dient. Das Matrixmaterial mit den Kohlenstoffnanostrukturen zusammen bildet den Mantel um den Kern.In A subsequent process will be the carbon nanostructures functionalized and with the aid of preferably an electrochemical Process coated with the matrix material, leaving the interstices between the carbon nanostructures and the matrix material as a cladding for the carbon nanostructures serves. The matrix material with the carbon nanostructures together Forms the mantle around the core.

In dem Matrixmaterial sind Einlagerungskomponenten so angeordnet, dass mehr als 50%, vorteilhafterweise im Wesentlichen alle Kohlenstoffnanostrukturen eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.In the matrix material incorporation components are arranged so that more than 50%, advantageously substantially all carbon nanostructures a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer surface of the Realize matrix material.

Vorteilhafterweise sind die Einlagerungskomponenten im Mantel so angeordnet, dass im Wesentlichen alle Kohlenstoffnanostrukturen eine radiale Ausrichtung vom Kern zur äußeren Oberfläche des Matrixmaterials aufweisen und mindestens eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.advantageously, the storage components are arranged in the mantle so that in Essentially all carbon nanostructures have a radial orientation from the core to the outer surface of the matrix material and at least one material and / or electrically conductive Connection between the core and the outer surface realize the matrix material.

Vorteilhafterweise sind die Kohlenstoffnanostrukturen in einer Länge eingelagert, die mindestens der Dicke der Ummantelungsschicht entspricht.advantageously, are the carbon nanostructures embedded in a length, which corresponds at least to the thickness of the cladding layer.

Zur Herstellung der Kohlenstoffnanostrukturen auf dem Kern können diese vorteilhaft dem Elektrolyten für das Elektroplating zugegeben werden.to Production of the carbon nanostructures on the core can this advantageous to the electrolyte for electroplating be added.

Weiterhin ist es möglich, beide Herstellungsprozesse zu kombinieren, so dass das Kompositleitermaterial Bereiche mit im Wesentlichen vollständig radial und/oder senkrecht zur Oberfläche gerichtet angeordneten Kohlenstoffnanostrukturen enthält und gleichzeitig andere Bereiche, in denen die Kohlenstoffnanostrukturen weniger vollständig radial und/oder senkrecht zur Oberfläche gerichtet angeordnet sind.Farther is it possible to combine both manufacturing processes, so that the composite conductor material areas substantially completely radial and / or perpendicular to the surface contains arranged arranged carbon nanostructures and at the same time other areas where the carbon nanostructures less completely radial and / or perpendicular to the surface are arranged directed.

Es ist auch möglich, Bereiche aus Kompositmaterial mit Bereichen ohne Einlagerungsphase zu kombinieren.It is also possible areas of composite material with areas to combine without storage phase.

Neben der elektrochemischen Abscheidung (Elektroplating) kann die Aufbringung der Matrix- und/oder Kompositleiterschicht auch über andere Verfahren, beispielsweise stromlos mittels Electroless Plating erfolgen.Next Electrochemical deposition (electroplating) can be applied the matrix and / or composite conductor layer also via other methods, For example, done electrolessly by means of Electroless Plating.

Weiterhin kann die Beschichtung eines Kernes oder eines Substrates mit dem erfindungsgemäßen Kompositleitermaterial erfolgen und nachfolgend der Kern oder das Substrat entfernt werden. Eine derartige Kompositleitermaterialröhre kann beispielsweise auch mit einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden.Farther The coating of a core or a substrate with the Composite conductor material according to the invention and subsequently removing the core or substrate. Such Composite conductor material tube can also be used, for example a cooling liquid to be flowed through.

Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.following The invention will be closer to several embodiments explained.

Dabei zeigenthere demonstrate

1 den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kompositleitermaterials mit gerichteten Kohlenstoffnanostrukturen
und 1 the cross section of a composite conductor material according to the invention with directional carbon nanostructures
and

2 den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kompositleitermaterials mit ungerichteten Kohlenstoffnanostrukturen 2 the cross section of a composite conductor material according to the invention with undirected carbon nanostructures

Beispiel 1example 1

Auf einen in einem bekannten Drahtziehverfahren hergestellten Stahldraht, der als Kern für das erfindungsgemäße Kompositleitermaterial dient, wird mittels einer Magnetronsputteranlage mit Torusmagnetanordnung zuerst eine ca. 50 nm dicke Aluminiumoxidschicht und nachfolgend eine 3 nm dicke Eisenschicht aufgebracht. Nachfolgend erfolgt eine Wärmebehandlung bei > 500°C für 10 min. Während dieser Wärmebehandlung bilden sich aus dem Eisenschichtmaterial Eisenpartikel auf der Aluminiumoxidschicht. Anschließend erfolgt eine Behandlung in reduzierender H-haltiger Atmosphäre für 15 min.On a steel wire produced in a known wire drawing process, which serves as a core for the composite conductor material according to the invention, by means of a Magnetronsputteranlage with Torusmagnetanordnung first about 50 nm thick aluminum oxide layer and subsequently a 3 nm thick egg applied senschicht. Subsequently, a heat treatment at> 500 ° C for 10 min. During this heat treatment, iron particles are formed on the alumina layer from the iron layer material. Subsequently, a treatment in reducing H-containing atmosphere for 15 min.

Der so beschichtete Stahldraht wird einem plasmaunterstützten Prozess, wie zum Beispiel in einer vom Querschnitt radialsymmetrischen Anlage mit Torusmagnetanordnung, unterworfen. Dabei wachsen Kohlenstoffnanoröhren in einer Ethylen-Atmosphäre bei 1000 Pa an den Stellen der Eisenpartikel, die als Katalysator wirken. Durch die radiale Ausrichtung des elektrischen Feldes von dem Stahlkern aus, der als Innenelektrode angeschlossen ist, zur zylinderförmigen Außenelektrode, wachsen die Kohlenstoffnanoröhren im Wesentlichen radialsymmetrisch auf der Aluminiumoxidschicht auf. Die Wachstumsbedingungen werden durch das C-haltige Gas mit einer Temperatur von 820°C und den Plasmaparametern (Frequenz 13.56 MHz, Entladungsspannung eff. 320 V) eingestellt und es wachsen dadurch Kohlenstoffnanoröhren mit einer mittleren Länge von 3 μm bis 5 μm.Of the so coated steel wire becomes a plasma assisted Process, such as in a radially symmetrical of the cross section Plant with Torusmagnetanordnung subjected. At the same time carbon nanotubes grow in an ethylene atmosphere at 1000 Pa in places the iron particles that act as a catalyst. By the radial Alignment of the electric field from the steel core, which as Inside electrode is connected to the cylindrical Outer electrode, grow the carbon nanotubes essentially radially symmetrical on the aluminum oxide layer. The growth conditions are determined by the C-containing gas with a Temperature of 820 ° C and the plasma parameters (frequency 13.56 MHz, discharge voltage eff. 320 V) and grow it thereby carbon nanotubes with a medium length from 3 μm to 5 μm.

Dieser Stahldraht mit den aufgewachsenen Kohlenstoffnanoröhren wird in einer Electroplatinganlage mittels eines Elektrolyten (67 g/l CuSO4·5H2O (entspricht 17 g/l Cu), 170 g/l H2SO4, bidestilliertes Wasser (H2Obidest.), Additiv 8 ml/l Cubath® SC MD (Fa. Enthone GmbH)) und Additiv 2 ml/l Cubath® LO 70/30 (Fa. Enthone GmbH) mit einer 5 μm dicken Kupferschicht überzogen. Die Schichtdicke wird dabei über die Abscheidezeit von 5 min und die Stromdichte von 10 mA/cm2 eingestellt.This steel wire with the grown carbon nanotubes in an Electroplatinganlage by means of an electrolyte (67 g / l CuSO 4 · 5H 2 O (equivalent to 17 g / l Cu), 170 g / l H 2 SO 4 , bidistilled water (H 2 O bidest. ) additive 8 ml / l Cubath ® SC MD (Fa. Enthone GmbH)) and additive 2 ml / l Cubath LO ® 70/30 (Fa. Enthone GmbH) coated with a 5 micron thick copper layer. The layer thickness is set over the deposition time of 5 min and the current density of 10 mA / cm 2 .

Der so hergestellte strangförmige Kompositleiter kann als Leitungsmaterial für Kontaktierungen über einen Schleifer eingesetzt werden, bei welchem durch die Bewegung des Schleifers bei anderen Materialien die Gefahr des mechanischen Verschleißes bestehen würde. Die Verschleißrate (Wear Rate) konnte bei einem Volumenanteil von CNTs in der Kompositschicht von > 10% bis zu Faktor 3 verringert werden.Of the strand composite composite thus prepared can be used as a line material used for contacting via a grinder in which by the movement of the grinder at others Materials exist the risk of mechanical wear would. The wear rate could be at a volume fraction of CNTs in the composite layer of> 10% up to factor 3 are reduced.

Beispiel 2Example 2

Auf einen in einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Stahlbandes, welches als Kern für das erfindungsgemäße Kompositleitermaterial dient, wird auf die Oberseite des Bandes eine 5 nm dicke Haftvermittlerschicht aus Ti und nachfolgend eine 50 nm dicke Cu-Schicht als Keimschicht mittels Magnetronsputterns aufgebracht.On one in a known process for producing a steel strip, which as the core for the inventive Composite conductor material is used, on top of the band a 5 nm thick adhesion promoter layer of Ti and subsequently a 50 nm thick Cu layer as a seed layer by means of magnetron sputtering applied.

Ferner werden chemisch funktionalisierte Kohlenstoffnanoröhren mit einer schmalen Durchmesserverteilung mit einem Maximum bei 20 nm Durchmesser und einer Länge zwischen 3 und 5 μm in ein Cu-Elektrolyten (Zusammensetzung 67 g/l CuSO4·5H2O (entspricht 17 g/l Cu), 170 g/l H2SO4, bidestilliertes Wasser (H2Obidest.), 8 ml/l Additiv Cubath® SC MD (Fa. Enthone GmbH) und 2 ml/l Additiv Cubath® LO 70/30 (Fa. Enthone GmbH)) gegeben und das Bad umgewälzt. In einem anschließenden Prozessschritt erfolgt die Beschichtung des Stahlbandes mit dem Cu-Elektrolyten über Elektroplating bei einer Stromdichte von 15 mA/cm2. Dabei bildet das Stahlband mit der Cu-Keimschicht den einen elektrischen Pol und eine das Band umgebende Elektrode den Gegenpol. Es bildete sich eine 5 μm dicke Kompositschicht bei einer Stromdichte von 15 mA/cm2 und einer Abscheidedauer von 5 min.Furthermore, chemically functionalized carbon nanotubes with a narrow diameter distribution with a maximum at 20 nm diameter and a length between 3 and 5 microns in a Cu electrolyte (composition 67 g / l CuSO 4 · 5H 2 O (equivalent to 17 g / l Cu), 170 g / l H 2 SO 4, double distilled water (H 2 O bidest.), 8 ml / l additive Cubath ® SC MD (Fa. Enthone GmbH) and 2 ml / l additive Cubath LO ® 70/30 (Fa. Enthone GmbH)) and circulated the bath. In a subsequent process step, the steel strip is coated with the Cu electrolyte by electroplating at a current density of 15 mA / cm 2 . In this case, the steel strip with the Cu seed layer forms the one electrical pole and an electrode surrounding the strip the opposite pole. It formed a 5 micron thick composite layer at a current density of 15 mA / cm 2 and a deposition time of 5 min.

Der so hergestellte strangförmige Kompositleiter, bei dem mehr als 50% aller Kohlenstoffnanoröhren eine stoffliche und elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren, kann als Bandleiter in magnetfelderzeugenden Einrichtungen oder für HF-Spulen eingesetzt werden.Of the thus produced strand-shaped composite conductor, in which more as 50% of all carbon nanotubes a material and electrically conductive connection between the core and the outer Realize the surface of the matrix material, as a band conductor in magnetic field generating devices or for RF coils be used.

Für eine 6,7 μm dicke Kompositschicht mit eindirektional eingelagerten Multiwall-Kohlenstoffnanoröhren einer Länge von 3.5 bis 5.2 μm auf einem oxidischen Substrat wurde ein spezifischer elektrischer Widerstand (Mittelwert) von 2.75 μOhmcm gemessen. Die Festigkeit im Vergleich zu einer Cu-Schicht ohne CNT-Einlagerung verbesserte sich um 2.1.For a 6.7 μm thick composite layer with unidirectionally embedded Multiwall carbon nanotubes of a length of 3.5 to 5.2 microns on an oxide substrate was a specific electrical resistance (mean) of 2.75 μOhmcm measured. The strength compared to a Cu layer without CNT incorporation improved by 2.1.

Beispiel 3Example 3

Auf einer Strangfolie aus Edelstahl, die als Kern für das erfindungsgemäße Kompositleitermaterial dient, wird mittels einer Magnetronsputteranlage mit Torusmagnetanordnung zuerst eine ca. 50 nm dicke Aluminiumoxidschicht und nachfolgend eine 3 nm dicke Eisenschicht aufgebracht. Nachfolgend erfolgt eine Wärmebehandlung bei > 500°C für 10 min. Während dieser Wärmebehandlung bilden sich aus dem Eisenschichtmaterial Eisenpartikel auf der Aluminiumoxidschicht. Anschließend erfolgt eine Behandlung in reduzierender H-haltiger Atmosphäre für 15 min.On a strand of stainless steel, which is the core for the invention Composite conductor material is, is using a Magnetronsputteranlage with Torusmagnetanordnung first an approximately 50 nm thick aluminum oxide layer and subsequently applied a 3 nm thick iron layer. following a heat treatment at> 500 ° C for 10 min. While This heat treatment is formed from the iron layer material Iron particles on the aluminum oxide layer. Subsequently a treatment takes place in reducing H-containing atmosphere for 15 min.

Die so beschichtete Stahlfolie wird einem plasmaunterstützten Prozess in einer vom Querschnitt radialsymmetrischen Anlage mit Torusmagnetanordnung unterworfen. Dabei wachsen Kohlenstoffnanoröhren in einer Acetylen-Argon-Atmosphäre bei einem Gasflussmengenverhältnis von 30 sccm C2H2 zu 270 sccm Ar an den Stellen der Eisenpartikel, die als Katalysator wirken. Die Kohlenstoffnanoröhren wachsen dabei im Wesentlichen senkrecht von der Metallfolie weg auf der Aluminiumoxidschicht auf. Die Wachstumsbedingungen werden durch das C-haltige Gas mit einer Temperatur von 820°C und den Plasmaparametern (Frequenz 13.56 MHz, Entladungsspannung eff. 320 V) eingestellt und es wachsen dadurch Kohlenstoffnanoröhren mit einer mittleren Länge von 3 μm bis 5 μm.The thus coated steel foil is subjected to a plasma-assisted process in a radial-symmetrical system with torus magnet arrangement. In this case, carbon nanotubes grow in an acetylene-argon atmosphere at a gas flow ratio of 30 sccm C 2 H 2 to 270 sccm Ar at the sites of the iron particles, which act as a catalyst. The carbon nanotubes grow substantially perpendicularly away from the metal foil on the aluminum oxide layer. The growth conditions are determined by the C-containing gas with a temperature of 820 ° C and The plasma parameters (frequency 13.56 MHz, discharge voltage eff. 320 V) set and thereby grow carbon nanotubes with a mean length of 3 microns to 5 microns.

Diese Stahlfolie mit den aufgewachsenen Kohlenstoffnanoröhren wird in einer Electroplatinganlage mittels eines Elektrolyten (67 g/l CuSO4·5H2O (entspricht 17 g/l Cu), 170 g/l H2SO4, bidestilliertes Wasser (H2Obidest.), Additiv 8 ml/l Cubath® SC MD (Fa. Enthone GmbH)) und Additiv 2 ml/l Cubath® LO 70/30 (Fa. Enthone GmbH) mit einer 5 μm dicken Kupferschicht überzogen. Die Schichtdicke wird dabei über die Abscheidezeit von 5 min und die Stromdichte von 10 mA/cm2 eingestellt.This steel foil with the grown carbon nanotubes is in an Electroplatinganlage by means of an electrolyte (67 g / l CuSO 4 · 5H 2 O (equivalent to 17 g / l Cu), 170 g / l H 2 SO 4 , bidistilled water (H 2 O bidest. ) additive 8 ml / l Cubath ® SC MD (Fa. Enthone GmbH)) and additive 2 ml / l Cubath LO ® 70/30 (Fa. Enthone GmbH) coated with a 5 micron thick copper layer. The layer thickness is set over the deposition time of 5 min and the current density of 10 mA / cm 2 .

Der so hergestellte bandförmige Kompositleiter kann als abriebfester Bandleiter in der Hochfrequenztechnik eingesetzt werden.Of the Thus produced band-shaped composite conductor can be used as abrasion-resistant Bandleiter be used in high frequency technology.

11
Kerncore
22
KohlenstoffnanostrukturenCarbon nanostructures
33
Matrixmaterialmatrix material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 2007/0199826 A1 [0005] US 2007/0199826 A1 [0005]
  • - US 2007/0158619 A1 [0005] US 2007/0158619 A1 [0005]
  • - US 7226531 B2 [0005, 0006] US 7226531 B2 [0005, 0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Kim, K. T, et al, Mater. Sci. and Eng. A430 (2006), p. 27; Cha, S. I. et al, Adv. Mater. 17 (2005) p. 13772,3 [0004] Kim, K.T., et al, Mater. Sci. and Eng. A430 (2006), p. 27; Cha, SI et al., Adv. Mater. 17 (2005) p. 13772,3 [0004]

Claims (34)

Strangförmiges Kompositleitermaterial bestehend aus einer Kern-Mantel-Struktur, wobei mindestens der Kern oder der Mantel aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, und der Mantel aus einem Matrixmaterial aus einem Metall und/oder aus Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden und aus mindestens eine Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen besteht, wobei die Kohlenstoffnanostrukturen mindestens teilweise eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.Strand-shaped composite conductor material consisting of a core-shell structure, wherein at least the core or the sheath of an electrically conductive material consists, and the jacket of a matrix material of a metal and / or metal nitrides, oxides and / or carbides and at least an intercalation component consists of carbon nanostructures, wherein the carbon nanostructures at least partially a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer Realize the surface of the matrix material. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem das metallische Matrixmaterial aus einem reinen Metall oder aus einer Metalllegierung besteht.Composite conductor material according to claim 1, wherein the Metallic matrix material of a pure metal or of one Metal alloy exists. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem das metallische Matrixmaterial Fe, Cu, Al, Ni, Ag, Pt, Ti, Mo, W, Ru oder Au ist oder Legierungen davon oder Stahl oder Ti(Al,N), TiC, TiN, TiCN oder Al2O3 ist.A composite conductor material according to claim 1, wherein the metallic matrix material is Fe, Cu, Al, Ni, Ag, Pt, Ti, Mo, W, Ru or Au or alloys thereof or steel or Ti (Al, N), TiC, TiN, TiCN or Al 2 O 3 . Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem das Matrixmaterial aus elektrisch leitenden Metall-Nitriden, -Oxiden, und/oder -Carbiden und aus mindestens einer Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen besteht.Composite conductor material according to claim 1, wherein the Matrix material of electrically conductive metal nitrides, oxides, and / or carbides and at least one intercalation component consists of carbon nanostructures. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem das Matrixmaterial aus elektrisch nichtleitenden Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden und aus mindestens einer Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen besteht.Composite conductor material according to claim 1, wherein the Matrix material of electrically non-conductive metal nitrides, oxides and / or carbides and at least one intercalation component consists of carbon nanostructures. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem die Einlagerungskomponente aus 0-, 1- oder 2-dimensionalen Kohlenstoffnanostrukturen besteht.Composite conductor material according to claim 1, wherein the Insertion component of 0-, 1- or 2-dimensional carbon nanostructures consists. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem die Einlagerungskomponente Fullerene, einwandige Kohlenstoffnanoröhren (Singlewall Carbon Nanotubes), mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (Multiwall Carbon Nanotubes), Graphene oder Kohlenstoffnanodrähte sind.Composite conductor material according to claim 1, wherein the Embedded component Fullerenes, single-walled carbon nanotubes (singlewall Carbon nanotubes), multi-walled carbon nanotubes (multiwall Carbon nanotubes), graphene or carbon nanowires are. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem die Einlagerungskomponente aus vollständig oder teilweise gefüllten Kohlenstoffnanoröhren besteht oder diese enthält.Composite conductor material according to claim 1, wherein the Storage component of completely or partially filled Carbon nanotubes consists or contains. Kompositleitermaterial nach Anspruch 8, bei dem die Einlagerungskomponente aus vollständig gefüllten Kohlenstoffnanoröhren besteht oder diese enthält.Composite conductor material according to claim 8, wherein the Inlay component of completely filled Carbon nanotubes consists or contains. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem der Kern strangförmig oder bandförmig ausgebildet ist.Composite conductor material according to claim 1, wherein the core formed strand-like or band-shaped is. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem der Kern vom Matrixmaterial mit den Einlagerungskomponenten nur teilweise bedeckt ist.Composite conductor material according to claim 1, wherein the core of the matrix material with the storage components only partially covered. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem der Kern aus einem metallischen Material oder einem beschichteten Polymermaterial besteht.Composite conductor material according to claim 1, wherein the core of a metallic material or a coated one Polymer material consists. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Kern und dem Mantel eine Pufferschicht angeordnet ist.Composite conductor material according to claim 1, wherein a buffer layer is disposed between the core and the cladding. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet ist, dass mehr als 50% aller Kohlenstoffnanostrukturen eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.Composite conductor material according to claim 1, wherein the intercalation component is arranged in the mantle so that more as 50% of all carbon nanostructures a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer Realize the surface of the matrix material. Kompositleitermaterial nach Anspruch 14, bei dem die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet ist, dass im Wesentlichen alle Kohlenstoffnanostrukturen eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.A composite conductor material according to claim 14, wherein the intercalation component is arranged in the jacket in such a way that Substantially all carbon nanostructures have a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer Realize the surface of the matrix material. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet ist, dass im Wesentlichen alle Kohlenstoffnanostrukturen eine radiale und/oder senkrechte Ausrichtung vom Kern zur äußeren Oberfläche des Matrixmaterials aufweisen und mindestens eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.Composite conductor material according to claim 1, wherein the intercalation component is arranged in the jacket in such a way that Essentially all carbon nanostructures have a radial and / or vertical orientation from the core to the outer surface of the matrix material and at least one material and / or electrically conductive connection between the core and the outer Realize the surface of the matrix material. Kompositleitermaterial nach Anspruch 1, bei dem die mittlere Länge der Kohlenstoffnanostrukturen der Dicke des Mantels entspricht.Composite conductor material according to claim 1, wherein the average length of the carbon nanostructures of the thickness of the jacket corresponds. Verfahren zur Herstellung von strangförmiges Kompositleitermaterial nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem entweder – auf die Oberfläche eines Kernmaterials mit einer Keimschicht Partikel oder eine Schicht eines Katalysatormaterials aufgebracht werden, dieser Schichtverbund einer Temperaturerhöhung ausgesetzt und mittels plasmaunterstützter Verfahren Kohlenstoffnanostrukturen hergestellt werden, die sich so ausrichten, dass sie mindestens teilweise eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kernmaterial und der äußeren Oberfläche des später aufzubringenden Matrixmaterials realisieren, sowie nachfolgend mindestens die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen durch mindestens ein metallisches Matrixmaterial und/oder durch mindestens ein Matrixmaterial aus Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden ausgefüllt werden und/oder – auf die Oberfläche eines Kernmaterials mit oder ohne bereits darauf befindlichen Schichten mittels plasmaunterstützter Verfahren Partikel aufgebracht werden, die während oder nach dem Aufbringen zur Herausbildung von Kohlenstoffnanostrukturen führen, die sich so ausrichten, dass sie mindestens teilweise eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kernmaterial und der äußeren Oberfläche des später aufzubringenden Matrixmaterials realisieren, und nachfolgend die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen durch ein metallisches Matrixmaterial und/oder durch mindestens ein Matrixmaterial aus Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden ausgefüllt werden.Process for the production of strand-shaped composite conductor material according to at least one of Claims 1 to 17, in which either - particles or a layer of a catalyst material are applied to the surface of a core material with a seed layer, this layer composite is subjected to an increase in temperature and carbon nanostructures are produced by means of plasma-assisted processes Align themselves so that they realize at least partially a material and / or electrically conductive connection between the core material and the outer surface of the later to be applied matrix material, and subsequently at least the spaces between the carbon nanostructures by at least one metallic matrix material and / or by at least one matrix material metal Nitri the oxides and / or carbides are filled in and / or - be applied to the surface of a core material with or without already existing layers by means of plasma-assisted processes particles that lead during or after the application to the formation of carbon nanostructures that align themselves in that they at least partially realize a material and / or electrically conductive connection between the core material and the outer surface of the matrix material to be applied later, and subsequently the interstices between the carbon nanostructures by a metallic matrix material and / or by at least one metal nitride matrix material. Oxides and / or carbides are filled. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Zwischenräume zwischen den Kohlenstoffnanostrukturen vollständig oder nahezu vollständig aufgefüllt werden.The method of claim 18, wherein the spaces between the carbon nanostructures completely or be almost completely filled. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem als Keimschichtmaterial Cu oder Ru eingesetzt wird.The method of claim 18, wherein as a seed layer material Cu or Ru is used. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem als Katalysatormaterial Fe, Ni und/oder Co eingesetzt werden.The method of claim 18, wherein as the catalyst material Fe, Ni and / or Co are used. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem zwischen Kernmaterial und Keimschicht eine Haftvermittlerschicht aufgebracht wird.The method of claim 18, wherein between core material and seed layer, a primer layer is applied. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem beim plasmaunterstützten Verfahren Acetylen, Ethylen oder CH4-Gas eingesetzt wird.The method of claim 18, wherein the plasma-assisted process acetylene, ethylene or CH 4 gas is used. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das kohlenstoffhaltige Gas mit einem Inertgas im Bereich 0–30 Vol.-% verdünnt wird, insbesondere in einem Verhältnis Gas/Inertgas = 1/9.The method of claim 23, wherein the carbonaceous Gas diluted with an inert gas in the range 0-30 vol .-% is, in particular in a ratio of gas / inert gas = 1/9. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem als metallisches Matrixmaterial leitfähige Metalle eingesetzt werden.A method according to claim 18, wherein as metallic Matrix material conductive metals are used. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem als metallisches Matrixmaterial Al, Cu, Ni, Fe, Ag, Au, Ru, Pt oder Ti, Mo oder W oder Legierungen oder Multischichten davon oder Stahl eingesetzt werden.A method according to claim 25, wherein as metallic Matrix material Al, Cu, Ni, Fe, Ag, Au, Ru, Pt or Ti, Mo or W. or alloys or multilayers thereof or steel become. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem als Matrixmaterial ein Material aus elektrisch leitenden Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden und aus mindestens einer Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen eingesetzt wird.The method of claim 18, wherein as the matrix material a material of electrically conductive metal nitrides, oxides and / or Carbides and at least one intercalation component of carbon nanostructures is used. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem als Matrixmaterial ein Material aus elektrisch nichtleitenden Metall-Nitriden, -Oxiden und/oder -Carbiden und aus mindestens einer Einlagerungskomponente aus Kohlenstoffnanostrukturen eingesetzt wird.The method of claim 18, wherein as the matrix material a material of electrically non-conductive metal nitrides, oxides and / or carbides and at least one intercalation component is used from carbon nanostructures. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Kohlenstoffnanostrukturen mit einer Zwischenschicht versehen werden, die bevorzugt mittels Atomic Layer Deposition (ALD) aufgebracht wird.The method of claim 18, wherein the carbon nanostructures be provided with an intermediate layer, preferably by means of Atomic Layer Deposition (ALD) is applied. Verfahren nach Anspruch 29, bei dem als Zwischenschicht ein Metall oder ein Oxid oder Nitrid, wie Ru, Ta, Ti, TaN, TiN, Hf-Oxid und/oder Zr-Oxid oder Multischichten oder Legierungen davon aufgebracht werden.A method according to claim 29, wherein as an intermediate layer a metal or an oxide or nitride, such as Ru, Ta, Ti, TaN, TiN, Hf oxide and / or Zr oxide or multilayers or alloys thereof be applied. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet wird, dass mehr als 50% aller Kohlenstoffnanostrukturen eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.The method of claim 18, wherein the intercalation component in the mantle is arranged so that more than 50% of all carbon nanostructures a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer surface of the Realize matrix material. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet wird, dass im Wesentlichen alle Kohlenstoffnanostrukturen eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.The method of claim 18, wherein the intercalation component in the shell is arranged so that essentially all carbon nanostructures a material and / or electrically conductive connection between the core and the outer surface of the Realize matrix material. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Einlagerungskomponente im Mantel so angeordnet wird, dass im Wesentlichen alle Kohlenstoffnanostrukturen eine radiale und/oder senkrechte Ausrichtung vom Kern zur äußeren Oberfläche des Matrixmaterials aufweisen und mindestens eine stoffliche und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kern und der äußeren Oberfläche des Matrixmaterials realisieren.The method of claim 18, wherein the intercalation component in the shell is arranged so that essentially all carbon nanostructures a radial and / or vertical orientation from the core to the outer Have surface of the matrix material and at least a material and / or electrically conductive connection between the Core and the outer surface of the matrix material realize. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Wachstumsprozess der Kohlenstoffnanostrukturen so gesteuert wird, dass die Länge der Kohlenstoffnanostrukturen der Dicke des Mantels entspricht.The method of claim 18, wherein the growth process the carbon nanostructures is controlled so that the length the carbon nanostructures corresponds to the thickness of the jacket.
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