DE102009056583B4 - A method for producing an element which is electrically conductive at least on one surface and formed with carbon nanotubes and a polymer, as well as an element produced by this method - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Elements, bei dem an zumindest einer Oberfläche Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einem Anteil von maximal 0,1 Masse-% im Element enthalten und in einem Bereich mit einer Schichtdicke von maximal 1000 nm eingebettet sind, bei dem in einem Verfahrensschritt (i) ein temporäres Substrat oder eine Oberfläche eines Formwerkzeuges mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen beschichtet wird; in einem nachfolgenden Schritt (ii) ein ausreichend viskoses in gelöster Form, als Schmelze oder in nicht oder teilweise polymerisierter Form als Monomer vorliegendes Polymer oder eine Polymervorstufe auf die mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen beschichtete Oberfläche aufgebracht oder in das Formwerkzeug eingefüllt wird; im Schritt (iii) das Polymer oder Polymervorstufe ausgehärtet oder Lösungsmittel verdampft wird und im Schritt (iv) das mit dem ausgehärteten Polymer und den Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildete Element vom temporären Substrat entfernt oder aus dem Formwerkzeug entformt wird.A method for producing an element in which on at least one surface carbon nanotubes with a proportion of not more than 0.1% by mass in the element and embedded in a range with a layer thickness of 1000 nm maximum, wherein in a process step (i ) a temporary substrate or a surface of a mold is coated with carbon nanotubes; in a subsequent step (ii), a sufficiently viscous dissolved, melted, or unpolymerized or partially polymerized monomeric monomer or polymer precursor is applied to the carbon nanotube coated surface or filled into the mold; in step (iii) the polymer or polymer precursor is cured or solvent evaporated and in step (iv) the element formed with the cured polymer and carbon nanotube is removed from the temporary substrate or demolded from the mold.

Description

Die Erfindung betrifft ein Element, das zumindest an einer Oberfläche elektrisch leitend und mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT's) und einem Polymer gebildet ist und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to an element which is formed on at least one surface electrically conductive and with carbon nanotubes (CNTs) and a polymer and a process for its preparation.

Polymere sind in der Regel elektrisch nicht leitend. Dies trifft zumindest auf die kostengünstig erhältlichen Polymere zu. Da aber elektrisch leitende Eigenschaften für bestimmte Applikationen in Kombination mit dem Einsatz solcher Polymere gewünscht werden, gibt es hierfür Lösungsansätze. So ist beispielsweise eine Beimischung elektrisch leitender Stoffe, wie z. B. Kohlenstoff in Form von Russ eine Möglichkeit. Dabei ist aber eine homogene Verteilung der Russpartikel innerhalb der Polymermatrix nur schwer erreichbar. Außerdem wird die optische Transparenz erheblich verringert.Polymers are usually electrically non-conductive. This applies at least to the polymers available at low cost. However, since electrically conductive properties are desired for certain applications in combination with the use of such polymers, there are approaches to this end. For example, an admixture of electrically conductive substances, such. As carbon in the form of soot one way. However, a homogeneous distribution of the soot particles within the polymer matrix is difficult to achieve. In addition, the optical transparency is significantly reduced.

Bei metallischen Deckschichten, die auf die Oberfläche von Polymeren aufgebracht werden können, ist ebenfalls die optische Transparenz beeinträchtigt außerdem kann es zu Haftungsproblemen kommen. Letzteres trifft auch auf Schichten, die mit elektrisch leitenden Oxiden, wie z. B. ITO gebildet sind, ebenfalls zu.In the case of metallic cover layers which can be applied to the surface of polymers, the optical transparency is also impaired and adhesion problems can occur. The latter also applies to layers containing electrically conductive oxides such. As ITO are formed, also to.

Es hat daher Versuche gegeben Polymere im Verbund mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen einzusetzen. Dabei wird in US 2003/0158323 A1 vorgeschlagen Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Polymere zu dispergieren und anschließend das jeweilige Polymer auszuhärten. Wegen der schwierigen Oberflächenspannungsverhältnisse ist es daher nicht oder nur sehr aufwändig möglich eine homogene oder andere gezielte Verteilung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen innerhalb des Polymervolumens einhalten zu können.It has therefore been attempts to use polymers in combination with carbon nanotubes. It will be in US 2003/0158323 A1 proposed to disperse carbon nanotubes in polymers and then to cure the respective polymer. Because of the difficult surface tension conditions, it is therefore not possible or only with great difficulty to be able to maintain a homogeneous or other targeted distribution of the carbon nanotubes within the polymer volume.

Aus WO 2007/024206 A2 ist es bekannt, ein Schichtsystem auf ein optisch transparentes Substrat aufzubringen. Dabei soll zumindest eine sehr dünne Schicht mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen und auf dieser Schicht eine ebenfalls dünne Polymerschicht aufgetragen werden. Die Schichtdicken liegen dabei im Nanometerbereich. Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen auch in die Polymerschicht penetrieren bzw. eindiffundieren können. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen sollen dabei eine elektrische Leitfähigkeit hervorrufen. Dabei soll das Polymer im Wesentlichen eine Schutzfunktion für diese erfüllen und die Haftung der Schichten auf dem Substrat, das ein geeignetes optisch transparentes Polymer oder Glas sein kann, gewährleisten.Out WO 2007/024206 A2 It is known to apply a layer system to an optically transparent substrate. In this case, at least a very thin layer with carbon nanotubes and on this layer, a thin polymer layer is also applied. The layer thicknesses are in the nanometer range. It is also pointed out that the carbon nanotubes can also penetrate or diffuse into the polymer layer. The carbon nanotubes should cause an electrical conductivity. In this case, the polymer should essentially fulfill a protective function for them and ensure the adhesion of the layers on the substrate, which may be a suitable optically transparent polymer or glass.

Hierbei ist keine oder nur eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit an der äußeren Oberfläche gegeben, da dort entweder nur Polymer vorhanden ist oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit sehr kleinem Anteil vorhanden sind. Außerdem ist zwischen den beiden Schichten und dem Substrat eine Grenzfläche vorhanden, bei der ein abrupter Wechsel des optischen Brechungsindex auftritt.Here, no or only a very low electrical conductivity is given on the outer surface, since there either only polymer is present or carbon nanotubes with a very small proportion are present. In addition, there is an interface between the two layers and the substrate in which an abrupt change in the optical refractive index occurs.

Die nicht vorhandene oder zu geringe elektrische Leitfähigkeit an der äußeren Oberfläche und die Grenzfläche sind aber bei vielen Applikationen nicht erwünscht, da ja auch das Substrat elektrisch nicht leitend ist.However, the non-existent or too low electrical conductivity on the outer surface and the interface are not desirable in many applications, as well as the substrate is electrically non-conductive.

In EP 1 818 357 A1 sind ein modifiziertes polymeres Substrat und Herstellungsverfahren beschrieben. Dabei soll mit einer Matrix aus mindestens einem Polymer und CNT's eine elektrische Leitfähigkeit erreicht werden.In EP 1 818 357 A1 For example, a modified polymeric substrate and method of preparation are described. It should be achieved with a matrix of at least one polymer and CNT's electrical conductivity.

Die US 2005/0029498 A1 betrifft eine elektrisch leitende Komposition und ein Verfahren zur Herstellung. Dabei soll ebenfalls ein Polymer mit CNT's elektrisch leitend sein.The US 2005/0029498 A1 relates to an electrically conductive composition and a method of manufacture. It should also be a polymer with CNT's electrically conductive.

Aus JP 2003121892 A2 sind ein optisches Element und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt, bei dem eine Oberflächenschicht mit CNT's die optischen Eigenschaften beeinflussen soll.Out JP 2003121892 A2 For example, an optical element and a process for its production are known, in which a surface layer with CNTs is supposed to influence the optical properties.

Bei der aus US 2008/0029292 A1 bekannten technischen Lehre soll auf einem transparenten Substrat eine elektrisch leitende Fasern, insbesondere Kohlenstoff-Nanoröhren enthaltende Schicht aufgebracht werden. Die Kohlenstoff-Nanoröhren sollen dabei in einem Binder aufgenommen sein.At the US 2008/0029292 A1 known technical teaching is to be applied to a transparent substrate, an electrically conductive fibers, in particular carbon nanotubes containing layer. The carbon nanotubes should be included in a binder.

Die US 2008/0118726 A1 mit paralleler WO 2006/002856 A1 betrifft das Spritzgießen. Dabei sollen in bekannter Form innerhalb eines so zu verarbeitenden Polymers elektrisch leitende Fasern, unter anderem auch Kohlenstoff-Nanoröhren innerhalb eines viskosen Polymers verarbeitet werden.The US 2008/0118726 A1 with parallel WO 2006/002856 A1 relates to injection molding. In this case, in a known form within a polymer to be processed, electrically conductive fibers, including carbon nanotubes, are processed within a viscous polymer.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Elemente, die zum größten Teil aus einem elektrisch nicht leitenden Polymer gebildet sind, zumindest in Oberflächenbereichen mit elektrisch leitenden Eigenschaften zur Verfügung zu stellen; wobei die Elemente mit geringem Aufwand kostengünstig hergestellt werden können.It is therefore an object of the invention to provide elements which are formed for the most part of an electrically non-conductive polymer, at least in surface regions with electrically conductive properties available; wherein the elements can be produced inexpensively with little effort.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Anspruch 6 betrifft mit dem Verfahren hergestellte Elemente. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisierbar.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of claim 1. Claim 6 relates to elements produced by the method. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be realized with features designated in subordinate claims.

Ein erfindungsgemäß hergestelltes Element ist mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen und einem Polymer gebildet. Andere Stoffe oder Materialien sind nicht erforderlich. Es können ggf. aber elektrische Kontakte, z. B. aus einem Metall vorhanden sein.An element made according to the invention is formed with carbon nanotubes and a polymer. Other substances or materials are not required. It may be possible but electrical contacts, eg. B. be present from a metal.

Dabei sind Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgehend von einer elektrisch leitenden Oberfläche in das Polymer eingebettet. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind dabei in einem Oberflächenbereich ausgehend von der Oberfläche, der maximal 1000 nm, bevorzugt maximal 500 nm, besonders bevorzugt maximal 200 nm dick ist, in das Polymer eingebettet. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind mit einem Anteil von maximal 0,1 Masse-% enthalten. Dadurch kann erreicht werden, dass das Element an der jeweiligen Oberfläche elektrisch leitend und zumindest im Inneren des Gesamtvolumens keine elektrische Leitfähigkeit gegeben ist, da dort keine bzw. nur ein äußerst kleiner Anteil an Kohlenstoff-Nanoröhrchen vorhanden ist/sind.Carbon nanotubes are embedded in the polymer starting from an electrically conductive surface. Carbon nanotubes are embedded in the polymer in a surface area starting from the surface which is at most 1000 nm, preferably at most 500 nm, particularly preferably at most 200 nm thick. The carbon nanotubes are contained in a proportion of not more than 0.1% by mass. It can thereby be achieved that the element at the respective surface is electrically conductive and at least in the interior of the total volume no electrical conductivity is given, since there is no or only an extremely small proportion of carbon nanotubes is / are.

Der Anteil an Kohlenstoff-Nanoröhrchen sollte sich ausgehend von der Oberfläche sukzessive verringern. Damit ist eine gradierte Verteilung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen in das innere Volumen des Elements möglich.The proportion of carbon nanotubes should decrease successively from the surface. Thus, a graded distribution of carbon nanotubes in the inner volume of the element is possible.

Die erfindungsgemäßen Elemente sollten eine Mindestdicke von 0,05 mm bis hin zu mehreren Millimetern aufweisen.The elements according to the invention should have a minimum thickness of 0.05 mm up to several millimeters.

Es besteht die Möglichkeit, erfindungsgemäße Elemente so herzustellen, dass eine Oberfläche mittels der eingebetteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen elektrisch leitend und eine gegenüberliegend angeordnete vollständig aus dem Polymer gebildete Oberfläche elektrisch nicht leitend ist. Solche Elemente können bevorzugt für viele Anwendungen genutzt werden, wie dies beispielsweise bei einem Touch Screen oder auch OLED's der Fall ist. Weitere Anwendungen sind als Heizelement möglich. Es kann aber auch eine antistatische Wirkung der Elemente genutzt werden. Bei einigen Applikationen ist eine flexible Verformbarkeit der Elemente von Vorteil.It is possible to produce elements according to the invention in such a way that a surface is electrically conductive by means of the embedded carbon nanotubes and an oppositely arranged surface made entirely of the polymer is electrically nonconductive. Such elements can preferably be used for many applications, as is the case for example with a touch screen or even OLEDs. Further applications are possible as a heating element. But it can also be used an antistatic effect of the elements. In some applications, flexible deformability of the elements is advantageous.

Die Herstellung erfindungsgemäßer Elemente kann mit einem einfach und kostengünstig durchführbaren Verfahren erfolgen, bei dem wenige Verfahrensschritte auszuführen sind.The production of elements according to the invention can be carried out by a simple and cost-effective method in which a few process steps are to be carried out.

So wird in einem ersten Schritt ein temporäres Substrat oder eine Oberfläche eines Formwerkzeuges mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen in bevorzugt homogener Verteilung über die Fläche beschichtet. Dabei können prinzipiell alle bekannten Arten an Kohlenstoff-Nanoröhrchen eingesetzt werden.Thus, in a first step, a temporary substrate or a surface of a molding tool is coated with carbon nanotubes in a preferably homogeneous distribution over the surface. In principle, all known types of carbon nanotubes can be used.

In einem nachfolgenden Schritt soll ein ausreichend viskoses Polymer oder eine Polymervorstufe auf die mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen beschichtete Oberfläche aufgebracht oder in das Formwerkzeug eingefüllt werden.In a subsequent step, a sufficiently viscous polymer or polymer precursor is to be applied to the carbon nanotube coated surface or filled into the mold.

In einem dritten Schritt soll das Polymer oder die Polymervorstufe ausgehärtet werden und in einem letzten Schritt wird das mit dem ausgehärteten Polymer und den Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildete Element vom temporären Substrat entfernt oder aus dem Formwerkzeug entformt.In a third step, the polymer or the polymer precursor is to be cured and in a last step, the element formed with the cured polymer and the carbon nanotube is removed from the temporary substrate or demolded from the mold.

Es ist also kein dem aus WO 2007/024206 vergleichbares Substrat mehr vorhanden. Vielmehr wird dieses durch das Polymer im Verbundmaterial vollständig ersetzt. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen werden ohne weiteres zu tun in das Polymer eingebettet. Die Eindringtiefe kann durch die Dicke der im ersten Verfahrensschritt mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgebildeten Schicht beeinflusst werden.So it's not like that WO 2007/024206 comparable substrate more available. Rather, this is completely replaced by the polymer in the composite material. The carbon nanotubes are readily embedded in the polymer. The penetration depth can be influenced by the thickness of the layer formed in the first process step with the carbon nanotubes.

Der Auftrag der Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann in Form einer wässrigen Dispersion auf die Oberfläche des temporären Substrats oder des Formwerkzeugs erfolgen. Nach dem Auftrag kann die Flüssigkeit durch Trocknen entfernt werden. Der Dispersion kann ein geeigneter Emulgator zugegeben werden.The application of the carbon nanotubes can take place in the form of an aqueous dispersion on the surface of the temporary substrate or of the molding tool. After application, the liquid can be removed by drying. The dispersion may be added with a suitable emulsifier.

Beim Auftragen des Polymers oder der Polymervorstufe auf die Oberfläche eines temporären Substrats oder eines Formwerkzeugs wird eine geeignete Viskosität durch den Einsatz des Polymers in gelöster Form, als Schmelze oder in gelöster bzw. in nicht oder teilweise polymerisierter Form, eingehalten. Die Aushärtung bzw. Verfestigung kann dabei durch Verdampfen eines Lösungsmittels oder durch einen Energieeintrag, z. B. eine Erwärmung oder Bestrahlung mittels geeigneter elektromagnetischer Strahlung erreicht werden.When the polymer or polymer precursor is applied to the surface of a temporary substrate or mold, a suitable viscosity is maintained by the use of the polymer in dissolved form, as a melt, or in dissolved or non-or partially polymerized form. The hardening or solidification can be achieved by evaporation of a solvent or by an energy input, z. As a heating or irradiation can be achieved by means of suitable electromagnetic radiation.

Geeignete bei der Erfindung einsetzbare Polymere sind ausgewählt aus Poly-Methyl-Methacrylat (PMMA), Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat (PC), Polystyrol (PS) und weitere Polymere aus der Gruppe der Polyester, Polyolelefine, Polyurethane, Polyacrylate, Polymethacrylate sowie Copolymere und Kombinationen dieser Polymere.Suitable polymers usable in the invention are selected from poly-methyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polystyrene (PS) and other polymers from the group of polyesters, polyolefins, polyurethanes, polyacrylates, polymethacrylates and copolymers and combinations of these polymers.

Beim Verfahrensschritt, bei dem der Auftrag des Polymers oder der Polymervorstufe bzw. das Einfüllen in ein Formwerkzeug erfolgt, kann mit erhöhtem Druck gearbeitet werden. Dabei kann beim Auftragen auf die Oberfläche eines temporären Substrates eine Druckkraft ausgeübt werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe mindestens einer Walze erreicht werden.In the process step in which the order of the polymer or the polymer precursor or the filling takes place in a mold, can be used with increased pressure. In this case, a pressure force can be exerted on the surface of a temporary substrate when applied. This can be achieved for example by means of at least one roller.

Das Einfüllen des Polymers oder der Polymervorstufe in ein Formwerkzeug kann analog zum Kunststoffspritzgießen durchgeführt werden.The filling of the polymer or the polymer precursor into a mold can be carried out analogously to plastic injection molding.

Wird das Polymer als Schmelze zum Auftragen oder Einfüllen eingesetzt, sollte ein thermoplastisches Polymer gewählt werden. Zur Aushärtung ist dann lediglich eine Abkühlung erforderlich.If the polymer is used as a melt for application or filling, a thermoplastic polymer should be selected. To cure then only a cooling is required.

Es kann auch eine Polymervorstufe für die Herstellung erfindungsgemäßer Elemente eingesetzt werden. Dabei ist es günstig das polymerisierbare flüssige Monomer und einen Initiator in ein Formwerkzeug zu füllen. Ein vorab mit einer Schicht von Kohlenstoff-Nanoröhrchen versehenes temporäres Substrat kann eine Wand des Formwerkzeuges bilden. Danach kann eine thermische oder strahlungsinitiierte Polymerisation, die zur Aushärtung führt, durchgeführt werden. It is also possible to use a polymer precursor for the production of elements according to the invention. It is advantageous to fill the polymerizable liquid monomer and an initiator in a mold. A preliminary substrate provided with a layer of carbon nanotubes may form a wall of the molding tool. Thereafter, a thermal or radiation-initiated polymerization, which leads to curing, can be carried out.

Nach dem Aushärten kann das Element vom temporären Substrat abgelöst oder entformt werden. Überraschenderweise verbleiben dabei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen am Element und bilden einen elektrisch leitenden Oberflächenbereich, in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen in der Polymermatrix eingebettet und von diesem zumindest teilweise umschlossen sind.After curing, the element can be detached or demolded from the temporary substrate. Surprisingly, the carbon nanotubes remain on the element and form an electrically conductive surface region in which carbon nanotubes are embedded in the polymer matrix and are at least partially enclosed by it.

Der für die elektrische Leitfähigkeit erforderliche Anteil an Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist sehr klein. Die optische Transparenz wird somit nur geringfügig reduziert. Die mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften des polymeren Basiswerkstoffs werden nicht oder nur sehr geringfügig verändert.The proportion of carbon nanotubes required for electrical conductivity is very small. The optical transparency is thus only slightly reduced. The mechanical, chemical and thermal properties of the polymeric base material are not or only very slightly changed.

Durch den gradierten Übergang des Anteils an Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgehend von der jeweiligen Oberfläche in das Innere des Elements ändert sich der optische Brechungsindex ebenfalls entsprechend, so dass keine Brechung elektromagnetischer Strahlung an einer Grenzfläche, wie beim Stand der Technik, auftritt.Due to the graded transition of the proportion of carbon nanotubes from the respective surface into the interior of the element, the optical refractive index also changes accordingly, so that no refraction of electromagnetic radiation occurs at an interface, as in the prior art.

Für die Herstellung können an sich bekannte Technologien, wie sie bei der Verarbeitung von Polymeren eingesetzt werden, genutzt werden. Es ist kein Unterdruck oder gar Vakuumbedingungen erforderlich.For the production of known technologies, such as those used in the processing of polymers can be used. There is no vacuum or even vacuum conditions required.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to examples.

Beispiel 1:Example 1:

Mit 12 mg Kohlenstoff-Nanoröhrchen und 12 g wässriger Natriumdodecylsulfonsäurelösung wurde eine Dispersion hergestellt. Der Säureanteil lag dabei bei 1 Masse-%. Die Dispersion wurde zur besseren Verteilung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit Ultraschallwellen beaufschlagt. Nicht dispergierbare oder unlösliche Bestandteile wurden abzentrifugiert. Der erhaltene Überstand wurde als Schicht auf ein temporäres Substrat aufgetragen. Nach einer Trocknung dieser Schicht, die eine Schichtdicke von ca. 50 nm aufwies, erfolgte ein Auftrag einer Polymerlösung.A dispersion was prepared using 12 mg of carbon nanotubes and 12 g of aqueous sodium dodecylsulfonic acid solution. The acid content was 1% by mass. The dispersion was exposed to ultrasonic waves for better distribution of the carbon nanotubes. Non-dispersible or insoluble components were centrifuged off. The resulting supernatant was applied as a layer on a temporary substrate. After drying this layer, which had a layer thickness of about 50 nm, an application of a polymer solution took place.

Hierfür wurden 20 g PMMA (Formmasse 7 N) in 27,5 g Toluol gelöst. Nach dem Auftrag der Polymerlösung wurde diese getrocknet, wobei das Lösungsmittel verdampfte. Die Trocknung kann bei erhöhter aber auch bei Raumtemperatur erfolgen.For this purpose, 20 g of PMMA (molding compound 7 N) were dissolved in 27.5 g of toluene. After application of the polymer solution, it was dried to evaporate the solvent. The drying can be done at elevated but also at room temperature.

Nach der Trocknung konnte das Element, das an der Oberfläche, die vorab in Richtung des temporären Substrats wies, mit in das Polymer eingebetteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen versehen war, vom temporären Substrat durch abziehen einfach abgelöst werden.After drying, the element which had been provided with carbon nanotubes embedded in the polymer at the surface facing the temporary substrate in advance, could be easily peeled off from the temporary substrate by peeling.

Das Element hatte eine Gesamtdicke von 0,29 mm und eine Fläche von 864 mm². Im mittels der Kohlenstoff-Nanoröhrchen elektrisch leitenden Bereich wurde ein elektrischer Widerstand von 100 kOhm erreicht. Bei einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung von 600 nm wurde noch eine optische Transparenz von 81% erreicht.The element had a total thickness of 0.29 mm and an area of 864 mm ² . In the electrically conductive region by means of the carbon nanotube, an electrical resistance of 100 kOhm was achieved. At a wavelength of electromagnetic radiation of 600 nm, an optical transparency of 81% was achieved.

Beispiel 2:Example 2:

Es wurde eine Dispersion mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wie beim Beispiel 1 hergestellt und auf eine Oberfläche eines temporären Glassubstrats, in Form einer Glasscheibe, gesprüht und getrocknet.A carbon nanotube dispersion was prepared as in Example 1 and sprayed and dried on a surface of a temporary glass substrate in the form of a glass sheet.

Das so beschichtete temporäre Substrat wurde mittels eines Abstandshalters (Polymerdichtung) und einer weiteren unbeschichteten Glasscheibe zu einer Polymerisationskammer montiert. Die beschichtete Oberfläche des temporären Substrats wies in deren Inneres. Durch den Abstandshalter befand sich im Inneren der Polymeristationskammer ein Hohlraum, der mit einem Polymer befüllt werden soll.The thus-coated temporary substrate was mounted by means of a spacer (polymer seal) and another uncoated glass sheet to a polymerization chamber. The coated surface of the temporary substrate faced inside. Through the spacer was inside the Polymeristationskammer a cavity to be filled with a polymer.

Hierfür wurden 5 g Methylmethacrylat (MMA) mit 1,5 g Butandiolmonoacrylat (BDMA), 1,5 g Trimethylpropanetriacrylat (TMPTA) und 0,08 g 2,4,6-trimethylbenzylphosphinoxid (TPO) vermischt. Diese Monomermischung wurde dann in das Innere der Polymeristaionskammer gefüllt, bis der Hohlraum vollständig ausgefüllt war. Die Aushärtung erfolgte über einen Zeitraum von 25 min. Dabei wurde UV-Strahlung eingesetzt.For this purpose, 5 g of methyl methacrylate (MMA) were mixed with 1.5 g of butanediol monoacrylate (BDMA), 1.5 g of trimethylolpropane triacrylate (TMPTA) and 0.08 g of 2,4,6-trimethylbenzylphosphine oxide (TPO). This monomer mixture was then filled into the interior of the polymerization chamber until the cavity was completely filled. The curing took place over a period of 25 min. In this case, UV radiation was used.

Im Anschluss daran wurde die Polymersisationskammer demontiert und dabei das fertige Element entformt.Following this, the polymerization chamber was dismantled, thereby demolding the finished element.

Das Element hatte eine Gesamtdicke von 1.58 mm und eine Fläche von 1848 mm². Im mittels der Kohlenstoff-Nanoröhrchen elektrisch leitenden Bereich wurde ein elektrischer Widerstand von 10 kOhm erreicht. Bei einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung von 600 nm wurde noch eine optische Transparenz von 75% erreicht.The element had a total thickness of 1.58 mm and an area of 1848 mm ² . In the electrically conductive region by means of the carbon nanotubes, an electrical resistance of 10 kOhm was achieved. At a wavelength of electromagnetic radiation of 600 nm, an optical transparency of 75% was achieved.

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Elements, bei dem an zumindest einer Oberfläche Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einem Anteil von maximal 0,1 Masse-% im Element enthalten und in einem Bereich mit einer Schichtdicke von maximal 1000 nm eingebettet sind, bei dem in einem Verfahrensschritt (i) ein temporäres Substrat oder eine Oberfläche eines Formwerkzeuges mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen beschichtet wird; in einem nachfolgenden Schritt (ii) ein ausreichend viskoses in gelöster Form, als Schmelze oder in nicht oder teilweise polymerisierter Form als Monomer vorliegendes Polymer oder eine Polymervorstufe auf die mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen beschichtete Oberfläche aufgebracht oder in das Formwerkzeug eingefüllt wird; im Schritt (iii) das Polymer oder Polymervorstufe ausgehärtet oder Lösungsmittel verdampft wird und im Schritt (iv) das mit dem ausgehärteten Polymer und den Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildete Element vom temporären Substrat entfernt oder aus dem Formwerkzeug entformt wird.Process for the production of an element, in which on at least one surface carbon nanotubes with a proportion of at most 0.1% by mass are contained in the element and embedded in an area with a layer thickness of at most 1000 nm, in which in a process step (i) coating a temporary substrate or a surface of a mold with carbon nanotubes; in a subsequent step (ii) a sufficiently viscous dissolved, melted or unpolymerized or partially polymerized monomeric monomer or polymer precursor is applied to the carbon nanotube coated surface or filled into the mold; in step (iii) the polymer or polymer precursor is cured or solvent is evaporated and in step (iv) the element formed with the cured polymer and the carbon nanotubes is removed from the temporary substrate or demolded from the mold. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Form einer wässrigen Dispersion auf die Oberfläche des temporären Substrats oder des Formwerkzeugs aufgetragen und anschließend getrocknet werden.A method according to claim 1, characterized in that the carbon nanotubes are applied in the form of an aqueous dispersion on the surface of the temporary substrate or of the mold and then dried. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polymer eingesetzt wird, das ausgewählt ist aus Poly-Methyl-Methacrylat, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polystyrol, Polymere aus der Gruppe der Polyester, Polyolefine, Polyurethane, Polyacrylate und Polymethacrylate sowie Copolymere oder Kombinationen davon.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a polymer is used which is selected from poly-methyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polystyrene, polymers from the group of polyesters, polyolefins, polyurethanes, polyacrylates and polymethacrylates and copolymers or combinations from that. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (iii) das Monomer durch einen Energieeintrag ausgehärtet oder polymerisiert wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in step (iii) the monomer is cured or polymerized by an energy input. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (ii) der Auftrag einer Polymervorstufe druckkraftbeaufschlagt erfolgt oder die Polymervorstufe oder Monomer in das Formwerkzeug mit erhöhtem Druck eingespritzt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that in step (ii) the application of a polymer precursor pressure applied or the polymer precursor or monomer is injected into the mold at elevated pressure. Element hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zumindest an einer Oberfläche elektrisch leitend und mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen und aus einem Polymer gebildet ist, und Kohlenstoff-Nanoröhrchen im Element mit einem Anteil von maximal 0,1 Masse-% enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgehend von einer elektrisch leitenden Oberfläche in das Polymer, aus dem das Element gebildet ist, in einem Bereich mit einer Schichtdicke von maximal 1000 nm eingebettet sind.Element produced by a method according to any one of the preceding claims, characterized in that the element is at least at one surface electrically conductive and formed with carbon nanotubes and a polymer, and carbon nanotubes in the element with a proportion of at most 0.1 mass % are included, characterized in that carbon nanotubes are embedded, starting from an electrically conductive surface in the polymer from which the element is formed, in an area with a layer thickness of at most 1000 nm. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Element eine Mindestdicke von 0,05 mm aufweist.Element according to claim 6, characterized in that the element has a minimum thickness of 0.05 mm. Element nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgehend von der Oberfläche sukzessive verringert ist.Element according to one of claims 6 or 7, characterized in that the proportion of carbon nanotubes, starting from the surface is successively reduced. Element nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es im Wellenlängenspektrum des sichtbaren Lichts eine Transparenz von mindestens 50% aufweist.Element according to one of claims 6 to 8, characterized in that it has a transparency of at least 50% in the wavelength spectrum of visible light. Element nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche mittels der eingebetteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen elektrisch leitend und eine gegenüberliegend angeordnete vollständig aus dem Polymer gebildete Oberfläche elektrisch nicht leitend ist.Element according to one of claims 6 to 9, characterized in that a surface by means of the embedded carbon nanotubes is electrically conductive and an oppositely disposed surface formed entirely of the polymer is electrically non-conductive.