DE112013000598B4

DE112013000598B4 - Kohlenstoffnanoröhrenleiter mit verstärkter elektrischer Leitfähigkeit

Info

Publication number: DE112013000598B4
Application number: DE112013000598.0T
Authority: DE
Inventors: John A. Starkovich; Edward M. Silverman; Hsiao-Hu Peng
Original assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2022-07-14
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: KR20140117343A; KR102003577B1; US20130183439A1; DE112013000598T5; US8808792B2; US20140314949A1; WO2013109442A1

Abstract

Verfahren mit den Schritten:Erhalten eines Leiterelementes, das aus einer Mehrzahl von Kohlenstoffnanoröhren gebildet ist; undAussetzen des Leiterelementes einer kontrollierten Menge an Dotierungsmittel, um die Leitfähigkeit des Leiterelementes auf einen gewünschten Wert zu erhöhen,wobei das Dotierungsmittel Brom enthält,wobei die maximale Leitfähigkeit durch einen Faktor (C/C0) verstärkt wird, der durch die Gleichung ausgedrückt werden kann:CC0=931+Z⋅ƒYZ=0,143⋅(MWBr)1/3⋅ρBr2/3Y=n⋅d−0,34⋅n⋅(n−1)f=Nequiv/N, wobei Nequiv=die Anzahl von MWNTs mit einer spezifischen Oberfläche, die gleich ist zu der eines Bündels mit N-Röhren, N=die gegenwärtige Anzahl von MWNTs in dem Bündel, MWBrgleich dem Molekulargewicht von Brom, ρBrgleich der Dichte von flüssigem Brom, n gleich der Anzahl von Röhrenwänden und d gleich dem Durchmesser des Leiterelementes ist.

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Leiter und insbesondere einen Kohlenstoffnanoröhrenleiter (CNT) mit verstärkter elektrischer Leitfähigkeit.
CTNs sind eindimensionale von der Größenordnung in Nanometern röhrenförmige Graphenmoleküle, welche ballistische halbleitende und metallische elektrische Leitfähigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur zeigen. CNTs weisen eine extrem geringe Größe und eine extrem große spezifische Oberfläche auf. CNTs sind dafür bekannt, dass sie eine außergewöhnliche Zugfestigkeit, einschließlich hoher Belastungsfähigkeit gegenüber Defekten und ein relativ hohes Zugmodul aufweisen. CNTs können auch sehr widerstandsfähig gegenüber Ermüdungserscheinungen, Strahlungsschäden und Wärme sein.
CNTs weisen sp² kovalent gebundene Kohlenstoffatome in einem hexagonalen Gitter auf und weisen eine relativ niedrige Dichte von etwa 1400 kg/m³ auf. Aufgrund von Leervolumen können gesponnene CNT-Garne, geflochtene Kabel und hergestellte Lagenprodukte Dichten aufweisen, die bis zu 2/3 niedriger sind als dieser Betrag. CNTs können als einfach- oder mehrfachwandige Röhrenstrukturen durch eine Vielzahl von Syntheseverfahren hergestellt werden und können ein Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis von etwa 10² zu 10⁸ aufweisen. Mit einem derartig großen Bereich von Verhältnissen können CNTs unmittelbar in Stränge, Fäden und Garne verarbeitet werden und in Kabel geflochten werden und in Gewebe, wie Wolle oder andere faserartigen Materialien im makroskopischen Maßstab gewebt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem Satz von Ausführungsformen wird hier ein Verfahren bereitgestellt einschließlich den Schritten des Aufnehmens eines Leiterelementes, das aus einer Mehrzahl von Kohlenstoffnanoröhren gebildet ist; und Aussetzen des Leiterelementes einer gesteuerten Menge an Dotierungsmittel, um die Leitfähigkeit des Leiterelementes auf einen gewünschten Wert zu erhöhen, wobei das Dotierungsmittel Brom enthält, gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
Zum Stand der Technik wird auf folgende Druckschriften verwiesen: US 2004/0 020 681 A1 , US 2011/ 0 005 808 A1 , US 2011/ 0 059 317 A1 .
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen stellen sichtbare Darstellungen bereit, welche verwendet werden können, um vollständige verschiedene entsprechende Ausführungsformen zu beschreiben und können durch den Fachmann verwendet werden, um die entsprechenden Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, um ihre Vorteile besser zu verstehen. In diesen Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende Elemente.

1 ist eine Zeichnung, die ein verdrilltes CNT-Garn, ein nicht-gewebtes Papier-CNT und eine mikroskopische Probenansicht eines CNT zeigen.
2 ist eine Zeichnung, die CNT-Bündeldotierungsstellen zeigt.
3 ist ein Bargraph des elektrischen Widerstandes eines CNT-Bandmaterials als eine Funktion der Zeit nach verschiedenen Anzahlen von thermischen Zyklen, wobei jede von -65°C bis 125°C verläuft, einschließlich wie erhalten und unmittelbar nachdotiert, für CNT-Bandmaterialien, welche undotiert sind, mit Proben dotiert und mit Chlorogoldsäure dotiert sind.
4 ist ein Graph des elektrischen Widerstandes während des Temperaturzyklusverfahrens von erhaltenen CNT-geflochtenen Kabeln, dotiert mit Brom, mit Kaliumtetrabromaurat und dotiert mit Chlorogoldsäure.
5 ist ein Graph des elektrischen Widerstandes von CNT-Lagenmaterial nach verschiedenen Anzahlen von thermischen Zyklen, die jeweils von -65°C bis 125°C verlaufen, einschließlich wie erhalten und für CNT-Lagenmaterial, welches mit Salpetersäure, mit Chlorogoldsäure und Brom dotiert ist.
6 ist ein Graph der Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀), die aus dem Dotieren von CNT-Garn mit Chlorogoldsäure als eine Funktion der Dotiermittelkonzentration resultiert.
7 ist ein Graph der Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) als eine Funktion der Dotiermittelkonzentration, die aus dem Dotieren von CNT-Garn mit Brom resultiert.
8 ist ein Graph der Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) als eine Funktion der Aussetzungszeit, die aus dem Dotieren von CNT-Garn mit Brom resultiert.
9 ist ein Graph der vorhergesagten Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀), die aus der Bromdotierung von Mehrfachwandkohlenstoffnanoröhrengarn (MWNT) mit Brom für gebündelte und ungebündelte MWNT resultiert, aufgetragen als eine Funktion des MWNT-Durchmessers.
10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines CNT-Leiters mit verstärkter elektrischer Leitfähigkeit.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Während die vorliegende Erfindung auf viele verschiedene Weisen ausgeführt werden kann, ist sie in den Zeichnungen gezeigt und es werden hier eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen genauer beschrieben mit dem Verständnis, dass die vorliegende Offenbarung als beispielhaft zu betrachten ist für die Prinzipien der Erfindung und nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die spezifischen gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. In der folgenden Beschreibung und in den mehreren Figuren der Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um die gleichen, ähnlichen oder entsprechende Teile in den mehreren Ansichten der Zeichnungen zu beschreiben.
Die Verwendung von herkömmlichen Metallen wie Kupfer und Silber für elektrische Stromleiter und Signalübertragungskabel für Luftfahrzeug- und Raumfahrtsystemanwendungen ist problematisch. Diese Anwendungen können abhängig von ihrem Maßstab hunderte bis mehrere tauschend Kilometer an Draht und Verkabelung erfordern und müssen ein leichtes Gewicht aufweisen, um ihre Wirkung auf die Gesamtsystemleistung zu minimieren. Während Kupfer und Silber hohe elektrische Leitfähigkeiten (60 und 63 MS/m entsprechend) zeigen und mittlere Strom tragende Eigenschaften (10⁶ bis 10⁷ A/cm²) sind sie mit hohen Materialdichten (8940 und 10500 kg/m³) niedriger Belastungsfähigkeit und niedrigen Zug- und Ermüdungsfestigkeiten belastet.
Zudem sind aufgrund ihrer Makro- oder Bulknatur (Abmessungsmaßstab im Nicht-Nanometerbereich) diese Metallleiter einem „Hauteffekt“ unterzogen, welcher wesentlich ihre Leitfähigkeitseigenschaften und hohen Wechselstromsignalfrequenzen reduziert. Diese weniger positiven Eigenschaften erfordern, dass Bulkmetallleiter bei größerem Durchmesser oder höheren Drahtstärken als sonst erforderlich, verwendet werden und die definitiv größer sind als das optimale Systemgewicht.
Leichtere Gewichts- und/oder niedrigere Dichtemetallleiter wie Aluminium und deren Legierungen werden heute in vielen terrestrischen Anwendungen verwendet. Solche Anwendungen sind weniger kritisch in dem Sinn, dass diese Anwendungen unmittelbar die In-Dienst-Stellung oder das Ersetzen von Verdrahtungen oder Leitern erlauben, wenn diese mechanisch brechen oder wenn sie überhitzen. Während Aluminiumleiter eine ähnliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen und im Wesentlichen weniger dicht sind als Kupfer oder Silber sind die mechanischen Eigenschaften von Aluminiumdraht wesentlich minderwertiger und für Luft- und Raumfahrtsysteme im Allgemeinen als nicht zuverlässig genug angesehen. Aluminiumleiter - aufgrund ihrer niedrigen Festigkeit, Ermüdungslebensdauer und Arbeitstemperatur - wurden nicht für Anwendungen verwendet, welche eine sehr hohe Zuverlässigkeit erfordern, wie für Raumfahrzeuge, für welche Reparaturen oder Ersatz keine praktische Option ist.
Zusätzlich dazu, dass sie ein leichteres Gewicht aufweisen als Kupfer- oder Silberleiter, zeigen CNT-Leiter einige andere Vorteile gegenüber diesem herkömmlichen Metallleiter, während sie auch die Nachteile von Aluminiumleiter vermeiden. Aufgrund ihres Durchmessers im Nanometerbereich zeigen CNT-Leiter geringe oder keine Hauteffekte, was diese weniger verlustträchtig bei hohen Frequenzen macht und ihnen höhere Belastungsfähigkeiten verleiht und ihnen erlaubt, stärker gekrümmte Radien für kompaktere Verdrahtungsanwendungen aufzuweisen. Aufgrund ihrer besonderen Kohlenstoffmolekularstruktur weisen CNTs einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes und Wärmeausdehnung auf, was sie elektrisch und mechanisch stabiler macht. CNT-Leiter stellen eine Alternative mit leichterem Gewicht zu schweren Kupfer- und Silbermetallleitern für gewichtsbeschränkte Luftfahrt- und Verteidigungsanwendungen dar.
Kohlenstoffnanoröhren (CNT), Filament, Garn, Lagen und andere Bulkmaterialformen können verwendet werden, um eine Vielzahl von leitenden Filmen, Draht/Kabelleiter und hochspezifische thermoelektrische Strom liefernde Vorrichtungen für Luftfahrt- und Raumfahrtsystemanwendungen herzustellen. Die elektrische Leitfähigkeit dieser CNT-Materialien ist jedoch nicht optimal für viele der beabsichtigten Anwendungen. Während ihre theoretische Infraröhren defektfrei ballistische 4e²/h (155 µS oder 1/6,5 kΩ) beträgt, ist die Leitfähigkeit von kürzlich hergestellten CNTs mit Mehrfachwachstumseffekten wesentlich niedriger. Typische unbehandelte verdrillte CNT-Kabelleiter im makroskopischen Maßstab, welche defektbeladene Halbleiter und metallische Röhren mit Mehrfachmultiinterröhrenverbindung enthalten, zeigen Wechselstromleitfähigkeiten, welche 100-fach bis 1000-fach niedriger sind als von Kupfer.
Zudem können verschiedene Werte der Leitfähigkeit für verschiedene Anwendungen erforderlich sein. Beispielsweise erfordert ein elektrisches Stromkabel niedrigen Gewichts aus CNT einen Leiter mit maximaler Leitfähigkeitsannäherung oder besser als den aus Kupfer oder Silber (58 MS/m) eine statische Steuerungsbeschichtung oder einen transparenten leitfähigen Film aus Material erfordert eine wesentlich niedrigere Leitfähigkeit, vielleicht von der Größenordnung von 100 S/m, während ein leichtgewichtiger CNTthermoelektrischer Generator ein Material erfordern kann, mit einer mittleren Leitfähigkeit, um den thermoelektrischen Leistungswirkungsgrad zu maximieren.
Versuche zum Erreichen eines beabsichtigten Leitfähigkeitswertes durch Hinzufügen und/oder Entfernen von Material, elektrochemische Galvanisierung, Leitungskompression und/oder Spannung und anderen mechanischen Mitteln können schwierig durchzuführen sein und können eine negative Wirkung auf Leiterfestigkeit, Flexibilität und Ermüdungs- oder Lebenszykluseigenschaften aufweisen.
Frühere Arbeiter haben von Versuchen berichtet, die elektrische Leitfähigkeit durch eine nachträgliche CNT-Wachstumsbehandlungsprozeduren einschließlich Dotierung zu verbessern. Diese Anstrengungen zum Erzeugen von CNT-Leitern hoher Leitfähigkeit waren jedoch allgemein begrenzt und akademisch ausgerichtet auf das Demonstrieren von verbesserten Gleichstrom(GC)-elektrische Leitfähigkeit von einzelnen CNTs oder von Röhrenbündeln im Mikromaßstab.
1 ist eine Zeichnung, die ein verdrilltes CNT-Garn, ein nicht-gewebtes CNT-Papier und eine probenartige mikroskopische Ansicht eines CNT zeigt.
2 ist eine Ansicht, die CNT-Bündeldotierungsstellen zeigt.
Die existierenden Alternativen nach dem Wachstum zum Steuern der CNT-Leiterleitfähigkeit beinhalten: (i) Einführen von Dotierungsmitteln während des CNT-Wachstums (In-situ-Dotierung), (ii) Hinzufügen oder Reduzieren der Größe von CNT-Leitern oder der Konzentration des Leiters in einem Kompositmaterial, und (iii) mechanische Kompression und/oder Spannen von Drähten und/oder Kabeln. Unglücklicherweise stellen diese Verfahren nicht die Flexibilität bereit zum Erreichen einer beabsichtigten Leitfähigkeit und/oder können die mechanischen Eigenschaften des Leiters verändern.
Ausführungsformen der Erfindung lösen diese Probleme und Nachteile durch Verstärken der Leitfähigkeit des Bulkmaterials und/oder dadurch dem Benutzer zu erlauben, die Leitfähigkeit auf Werte zu regeln oder abzustimmen, welche für eine bestimmte Anwendung erforderlich sind.
Wir haben Verfahren zum wesentlichen Verbessern der elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften von so produzierten CNT-Materialien durch Nachsynthesedotierung und andere Behandlungsverfahren entwickelt, um eine beabsichtigte Leitfähigkeit zu erreichen. Wir haben auch die thermozyklische Stabilität von dotierten CNTs und von Hochfrequenzleistungseigenschaften gezeigt, die erforderlich ist für Anwendungen wie Raumfahrtsystemanwendungen. Leichtgewichtige elektrische Leiter, welche gemäß den Ausführungsformen der Erfindung behandelt wurden, sind extrem attraktiv zur Verwendung sowohl in kommerziellen wie in militärischer Luftfahrt und Satelliten, da sie diese brennstoffeffizienter macht und/oder ihn ermöglicht, größere Lasten zu tragen.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung macht es ein Verfahren zum Behandeln von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) möglich, ihre Leitfähigkeit zu erhöhen, bevorzugt in einem Bereich, der mit Kupferdrähten und Kabeln mithalten kann. Ausführungsformen der Erfindung erhöhen die Eignung von CNTs zur Verwendung als elektrische Stromleiter und Signalübertragungskabel, insbesondere in Luftfahrt- und Raumfahrtsystemanwendungen, in welchen Gewichtsreduzierung und Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturbelastungen wichtige Gesichtspunkte sind.
75 mm Längenproben von CNT-Garn (Nanocomp Technologies CTex Garn) wurden aus aufgespultem Material geschnitten und deren Widerstände wurden vor der Dotierungsbehandlung gemessen. Widerstände wurden gemessen unter Verwendung einer Vier-Punkt-Widerstandsmesstechnik unter Verwendung eines Keithley-Modells 580 Mikro-Ohmmeter. Dreifachsätze von Garnproben wurden getrennt mit Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen von Chlorogoldsäure behandelt oder wurden Bromdampf für verschiedene Zeiträume ausgesetzt. Zusätzliche Sätze von Garnproben wurden mit Lösungen von Salzsäure, Jodwasserstoffsäure, Salpetersäure und Kaliumtetrabromaurat behandelt. Alle lösungsbehandelten Proben wurden mit entionisiertem Wasser gespült und getrocknet, bevor ihre Widerstände erneut gemessen wurden. Die Widerstände von bromausgesetzten Proben wurden unmittelbar nach der Exponierung gemessen und wurden einer energiestreuenden Röntgenstrahlanalyse zur Ermittlung des Bromgehalts unterzogen.

Aussetzen von CNT-Garn oder Lagenmaterialproben zu einer der wässrigen Dotierungslösungskonzentrationen oder gasförmigen Dotierungsmitteln induziert verschiedene Atomverhältnisse des Dotierungsmittels zu CNT-Kohlenstoff in den behandelten Proben. Wir verglichen Änderungen vor der Dotierung und nach der Dotierung in dem Widerstand der Proben. Für jedes Dotierungsmittel führten wir 5 Dotierungstests bei 5 verschiedenen Dotierungskonzentrationsniveaus durch. Atomare Konzentrationen der dotierten Proben wurden durch Energieverteilungsröntgenstrahlenanalyse gemessen und die Verhältnisse von Dotierungsatom zu Kohlenstoff wurden ermittelt. Änderungen in dem Widerstand und der Leitfähigkeit der dotierten Proben wurden für die verschiedenen Dotierungskonzentrationsniveaus berechnet um bevorzugte Dotierungsatomverhältnisse zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1. ZUSAMMENFASSUNG DER EXPERIMENTELLEN ERGEBNISSE

	HAuCl ₄ Dotierungsmittel			Br ₂ Dotierungsmittel
	Dotierungsmittelkonzentration, Mol/Liter	Leitfähigkeit, C/C _o Nachdotierung	Au Atom %	Br ₂ Aussetzungszeit, Min.	Leitfähigkeit, C/C _o nach Aussetzung	Br Atom %
1	0,02	1,78	0,39	1	1,94	0,49
2	0,05	1,77	0,39	5	2,10	0,95
3	0,10	1,91	0,67	10	2,22	1,1
4	0,50	1,78	0,39	30	2,64	1,7
5	5,0	1,94	0,35	60	2,82	1,9
6	-	-	-	1.440	3,65	3,1

Wir entdeckten, dass enge attraktive Konzentrationsbereiche existieren für Chlorogoldsäure (HAuCl₄) und molekulares Brom (Br₂), Dotierungsmitteln beim Verbessern der Leitfähigkeit von CNT-Materialprodukten im makroskopischen Maßstab. Das Einsetzen von besonderen chemischen Dotierungsmitteln wie Chlorogoldsäure und molekularem Brom gemäß den Ausführungsformen der Erfindung, Gleichstromleitfähigkeit von gegenwärtig produziertem CNT-Garn und Kabelleitern können bis zu einem Zielniveau verbessert werden. Zudem können gemäß den Ausführungsformen der Erfindung die Gleichstromleitfähigkeit von gegenwärtig erzeugtem CNT-Garn und Kabelleitern innerhalb eines Faktors von 25-fach demjenigen von Kupfer verbessert werden. Dementsprechend stellen CNT-Leiter, welche gemäß den Ausführungsformen der Erfindung hergestellt wurden, attraktive leichtgewichtige Ersatzstoffe für einige Signalübertragungs-, Datenübertragungs- und Abschirmwendungen dar.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung werden Kohlenstoffnanoröhren als ein Garn, geflochtene Kabel, Band oder andere gewobene und nicht-gewobene Strukturen erhalten (oder erzeugt). Als ein Beispiel kann nicht-gewebtes, nicht-orientiertes ungeordnetes Filz verwendet werden. Die Leitfähigkeit der CNTs wird erhöht, gemäß den Ausführungsformen der Erfindung, durch Dotierung nach der Synthese. In einem Satz von Ausführungsformen wird die Dotierung durchgeführt unter Verwendung von molekularem Brom, entweder in gasförmiger oder in flüssiger Form. In einem anderen Satz von Ausführungsformen wird die Dotierung durchgeführt unter Verwendung von molekularem Jod entweder in gasförmiger oder in flüssiger Form. In noch einem anderen Satz von Vergleichsformen wird die Dotierung durchgeführt unter Verwendung von Tetrachlorogoldsäure. Gemäß noch anderen Sätzen von Vergleichsformen wird die Dotierung durchgeführt unter Verwendung von Chlorogoldsäure, Chlorwasserstoffsäure, Jodwasserstoffsäure, Salpetersäure und Kaliumtetrabromaurat.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung können zusätzliche optionale Behandlungen wie Pulselektrogalvanisierung unter niedrigen Belastungszyklen und Strahlungsdosierungsaussetzung die Leitfähigkeit weiter verstärken.
Wie in Tabelle 1 und den 3 bis 9 gezeigt, haben wir gefunden, dass durch die Verwendung von bestimmten chemischen Dotierungsmitteln wie Chlorogoldsäure (HAuCl₄) und molekularem Brom (Br₂) gemäß den Ausführungsformen der Erfindung die Leitfähigkeit von Bulk-CNT-Leitern auf eine kontrollierte und vorhersehbare Weise verstärkt werden kann. Die Behandlung von CNT-Garnen mit HAuCl₄-Lösungen mit weit variierenden Konzentrationen (0,02 bis 5 M) verstärkt Leitfähigkeit um einen annähernd konstanten Faktor von etwa 1,8.
Auf der anderen Seite erzeugt die Exponierung von CNT-Garnen an Br₂-Dampf für verschiedene Zeitintervalle eine variable Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀), welche annähernd linear in Beziehung steht zu der Menge von Brom, welche durch das Garn absorbiert wird. In dem Fall von Br₂-Behandlung verstärkt sich die Gleitfähigkeitserhöhung auf Faktoren von etwa 40, welche gemäß den Ausführungsformen der Erfindung erreichbar ist, abhängig von dem spezifischen Typ und Größe der in dem Leiter verwendeten Nanoröhren.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung können CNT-Pulver und deren hergestellte Filme, Kabel- und Lagenmaterialformen mit flüssigen oder gasförmigen Dotierungsmitteln behandelt werden, um deren elektrischen Leitfähigkeit auf bestimmte erforderliche Niveaus für spezifische Anwendungen zu ändern.
Wir haben exklusiv gezeigt, dass durch Steuern der Menge von Brom man präzise und vorhersehbar das Leitfähigkeitsniveau von Bulk-CNT-Leitern einstellen kann. Aufgrund deren chemische Ähnlichkeit zu Brom, Jod und anderen Halogenen verhalten sich diese auf eine ähnliche Weise. Das lineare Verhältnis zwischen Bromanteil und Leitfähigkeitsniveau suggeriert, dass der Verstärkungseffekt verbunden ist mit zugänglichen Röhrenoberflächen und nicht in Beziehung ist mit der Wechselwirkung mit Röhrendefekten. Die Beobachtung von Sättigungstypverstärkungseffekten mit HAuCl₄ zeigt an, dass der involvierte Dotierungsmechanismus mit diesem Mittel von denen mit Brom abweicht und eine Defektverdeckung/Wechselwirkung beinhalten kann.
3 ist ein Bargraph des elektrischen Widerstandes von CNT-Bandmaterialien nach verschiedenen Anzahlen von thermischen Zyklen, welche jeweils von -65°C bis 125°C laufen. Die Ergebnisse auf dem Graphen beinhalten ein CNT-Band, wie erhalten und unmittelbar nach der Dotierung, für CNT-Bandmaterialien, welche undotiert sind, dotiert mit Brom und dotiert mit Tetrachlorogoldsäure.
Vor dem thermischen Zyklisierungsverfahren zeigte das undotierte CNT-Band einen Widerstand von etwa rund 141 Ohm, während das bromdotierte CNT-Band einen Widerstand von etwa 19 Ohm hatte und das chlorogoldsäuredotierte CNT-Band einen Widerstand von etwa 37 Ohm hatte. Die Leitfähigkeitsverbesserung (C/C₀) vor dem thermischen Zyklisierungsverfahren beträgt etwa (141/19) = 7,4 für bromdotiertes CNT-Band. Die Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) vor dem thermischen Zyklisierungsverfahren beträgt etwa (136/37) = 3,7 für chlorogoldsäuredotiertes CNT-Band.
Nach 16 thermischen Zyklen waren die Widerstände von allen drei Materialien (undotiertes CNT-Band, bromdotiertes CNT-Band und chlorogoldsäuredotiertes CNT-Band) nahe an den entsprechenden Werten nach 50 thermischen Zyklen, welche 140 Ohm, 28 Ohm und 78 Ohm waren.
Die Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) nach 50 thermischen Zyklen ist etwa (140/28) = 5,0 für bromdotiertes CNT-Band.
Die Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) nach thermischen Zyklisierungsverfahren ist etwa (78/37) = 2,1 für chlorogoldsäuredotiertes CNT-Band.
Die vorteilhaften Wirkungen auf die Leitfähigkeit, die durch Dotierungsbehandlungen erzeugt werden, unter Verwendung von zumindest Brom und Tetrachlorogoldsäure sind offensichtlich. Diese Dotierungsbehandlungen reduzieren den elektrischen Widerstand von CNT-Bandmaterialien und bewirken eine relative Verbesserung in der Stabilität nach mehrfachen thermischen Zyklen.
4 ist ein Graph des elektrischen Widerstandes während des Temperaturzyklisierungsverfahrens von CNT-verflochtenen Kabeln wie erhalten und wie dotiert mit Brom sowie dotiert mit Kaliumtetrabromaurat und sowie dotiert mit Chlorogoldsäure. Das spezifische CNT-geflochtene verwendete Kabel war 28 American Wire Gauge (AWG) geflochtenes CNT-Kabel. Andere Kabel, die verwendet werden können, beinhalten verdrillte Leiter in Strangform und abgeschirmte Leiter.
Selbst Dotieren mit lediglich 8 Gew.-% an spezifisch galvanisiertem Silber kann einen sehr vorteilhaften Effekt auf die Verbesserung der Leitfähigkeit von geflochtenen CNT-Leitern haben. Experimentelle Ergebnisse zeigten eine Startleitfähigkeit von 0,16 mohs und eine Leitfähigkeit nach der Galvanisierung von 1,7 mohs und erzeugten eine beeindruckende Verstärkung durch etwa einen Faktor von 10,5, während die gleichgewichtigen Eigenschaften des Leiters beibehalten wurden.
Nach 100 Stunden waren die Widerstände von allen 4 Materialien (undotierten geflochtenen CNT-Leitern, chlorogoldsäuredotierten geflochtenen CNT-Leitern, kaliumtetrabromauratdotierten geflochtenen CNT-Leitern und bromdotierten geflochtenen CNT-Leitern) nahe an den entsprechenden Werten nach 470 Stunden, welche 8 Ohm, 4 Ohm, 2,7 Ohm und 2,7 Ohm waren.
Die in 4 gezeigten Daten veranschaulichen die Stabilität des elektrischen Widerstandes von dotierten Leitern.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung kann die Leitfähigkeit durch eine zusätzliche Behandlung des Leiterelementes mit Elektrogalvanisierung mit Silber verstärkt werden, wobei die Menge an verwendetem Silber in der Elektrogalvanisierung zumindest etwa 8 Gew.-% beträgt.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung kann eine zusätzliche Behandlung des Leiterelementes mit Elektrogalvanisierung mit Silber die Leitfähigkeit um einen Faktor von zumindest etwa 10 verstärken.
5 ist ein Graph des elektrischen Widerstandes von CNT-Lagenmaterial, welche dessen Stabilität nach verschiedenen Anzahlen von thermischen Zyklisierungsverfahren zeigt, welche jeweils von -65°C bis 125°C und im Vakuum von Raumtemperatur bis +125°C laufen, einschließlich wie erhalten und für CNT-Lagenmaterial, welches mit Salpetersäure, mit Chlorogoldsäure und mit Brom dotiert ist.
Vor dem thermischen Zyklisierungsverfahren zeigte das undotierte CNT-Lagenmaterial einen Widerstand von etwa 130 Ohm, während das salpetersäuredotierte CNT-Lagenmaterial einen Widerstand von etwa 85 Ohm hatte, das bromdotierte CNT-Band hatte einen Widerstand von etwa 19 Ohm und das chlorogoldsäuredotierte CNT-Band hatte einen Widerstand von etwa 37 Ohm.
Nach 80 thermischen Zyklen waren die Widerstände von allen 4 Materialien (undotiertes CNT-Lagenmaterial, salpetersäuredotiertes CNT-Lagenmaterial, bromdotiertes CNT-Lagenmaterial und chlorogoldsäuredotierte CNT-Lagenmaterial) nahe an den entsprechenden Werten nach 155 thermischen Zyklen, welche etwa 156 Ohm, etwa 143 Ohm, etwa 37 Ohm und etwa 101 Ohm betrugen.
Leitfähigkeitsverstärkungsergebnisse (C/C₀), die mit einem entsprechenden Bulk-CNT-Garnleiter erhalten wurden, sind in Tabelle 1 zusammengefasst und in den 6 bis 9 dargestellt.
6 ist ein Graph der Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) als eine Funktion der Dotierungskonzentration, die aus einem Dotieren von CNT-Garn mit Chlorogoldsäure resultiert. Die annähernd konstante Leitfähigkeitsverstärkung durch einen Faktor von etwa 1,8 wird erreicht durch HAuCl4-Dotierungslösungen mit Konzentrationen in einem Bereich von etwa 0,2 Mol/I bis zu etwa 5 Mol/l.
Wenn das Dotierungsmittel Chlorogoldsäure enthält, wird die Leitfähigkeit durch einen Faktor verstärkt, der nicht von der Menge an Chlorogoldsäuredotierungsmittel abhängt.
7 ist ein Graph der Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) als eine Funktion der Dotierungskonzentration, die aus einer Dotierung von CNT-Garn mit Brom resultiert. Wie in 7 gezeigt, erhöht sich die Garnleitfähigkeit um einen Faktor von 3,65 und ist etwa linear in Beziehung zum Bromanteil bis zu 3 Atom-%, der maximalen untersuchten Dotierungsmittelkonzentration.
Ein Verfahren beinhaltet die Schritte des Erhaltens eines Leiterelementes, das aus einer Mehrzahl von Kohlenstoffnanoröhren gebildet ist; und Aussetzen des Leiterelementes einer kontrollierten an Dotierungsmittel, um die Leitfähigkeit des Leiterelementes auf einen gewünschten Wert zu erhöhen, wobei das Dotierungsmittel Brom ist, und wobei die Leitfähigkeit um einen Faktor von etwa 3,65 verstärkt wird.
Eine annähernd lineare Beziehung zwischen dem Leitfähigkeitsverstärkungsfaktor und dem atomaren Prozentsatz an Bromdotierungsmittel kann aus den Daten interpoliert werden. Diese annähernde lineare Beziehung ist wie folgt: (C/C₀) = 1+.93*% Br. Leitfähigkeitsverstärkung und Bromanteil sind linear in Beziehung, während die Garnleitfähigkeit und die Bromdotierungsaussetzungszeit miteinander nicht linear in Beziehung sind.
8 ist ein Graph, der gemessenen Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) als eine Funktion der Aussetzungszeit, die aus dem Dotieren von CNT-Garn mit Brom resultiert. Eine näherungsweise exponentielle Beziehung zwischen dem Leitfähigkeitsfaktor und der Zeit, für welche der Leiter dem Dotierungsmittel ausgesetzt ist, kann aus den Daten interpoliert werden. Diese annähernde exponentielle Beziehung ist wie folgt: (C/C₀) = 1+.97*t^0,14, wobei die Zeit t in Minuten ausgedrückt wird.
Dementsprechend wird eine Leitfähigkeitsverstärkung durch Bromdotierung wahrscheinlich durch eine Art von Diffusions-/Reaktionsprozess gesteuert. Ein Erreichen der 3,65-fachen Leitfähigkeitsverstärkungswirkung (C/C₀), welche für einen 24 Stunden Dampfaussetzungszeitraum erforderlich ist, welche in einer restlichen Bromkonzentration von 3,1 Atom-% in dem CNT-Garn resultierte. Man muss vorsichtig sein in der Extrapolierung von Leitfähigkeitsverstärkungen jenseits des Bereiches von experimentellen Aussetzungszeiten und Bromkonzentrationen, welche studiert wurden, da maximale absorbierbare Konzentrationsniveaus existieren können.
9 ist ein Graph der vorhergesagten Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) als eine Funktion von Mehrfachwandkohlenstoffnanoröhren(MWNT)-Durchmesser, der aus einer Dotierung von MWNT-Garn mit Brom für gebündeltes und ungebündeltes MWNT resultiert. Die Daten in diesen Graphen wurden erhalten unter Verwendung einerseits 10-wandigen Nanoröhren gebündelt und angeordnet in einer 5-Schicht-Anordnung und auf der anderen Seite ungebündeltes MWNT.
Für 4 nm-Durchmesser-MWNTs betragen die vorhergesagten Leitfähigkeitsverstärkungen (C/C₀) für die zwei Materialien (ungebündelte und gebündelte zehnwandige Nanoröhren in einer Fünfschichtenanordnung) etwa 39 und etwa 12.
Für 50 nm-Durchmesser-MWNTs betragen die vorhergesagten Leitfähigkeitsverstärkungen (C/C₀) für die zwei Materialien (ungebündelte und gebündelte zehnwandige Nanoröhren in einer Fünfschichtanordnung) etwa 15 und etwa 3,65.
Wie angezeigt durch die Bezugslinie in 9 wird ein Leitfähigkeitsverstärkungsfaktor von zumindest etwa 3,65 mit bromdotierten gebündelten zehnwandigen CNT in einer Fünfschichtanordnung beobachtet.
Das offenbarte CNT-Behandlungsverfahren nach der Synthese erlaubt eine kontrollierte Einstellung der Leitfähigkeit von CNT-Pulvern und hergestellten Filmen, Garnen, Kabeln und Lagenmaterialien, um die Leitfähigkeit von dem Leiterelement auf einen gewünschten Wert zu erhöhen. Während ein Leitfähigkeitsverstärkungsfaktor (C/C₀) von 3,65 in einigen Tests mit CNT-Garnen demonstriert wurde, können Leitfähigkeitsverstärkungsfaktoren (C/C₀) von zumindest etwa 40 mit anderen CNT-Materialien gemäß Ausführungsformen der Erfindung möglich sein. Zum Beispiel können Leitfähigkeitsverstärkungsfaktoren von zumindest etwa 40 möglich sein mit einigen von ungebündelten einfachwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWNT) und ungebündelten MWNT mit Durchmessern in dem Bereich von 4 nm bis 50 nm.
Die erhaltenen experimentellen Ergebnisse können verwendet werden, um die maximale Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) abzuschätzen, welche mit Br₂-Dotierung von CNT-unterschiedlichen Durchmessers möglich sein kann. Die lediglich notwendigen Annahmen sind die, dass die Leitfähigkeit von undotierten CNT unabhängig ist vom Röhrendurchmesser und dass die maximale Leitfähigkeitsverstärkung mit Einfachschicht-Br₂-Filmbedeckung auftritt. Ein Ausdruck kann abgeleitet werden für den maximalen Leitfähigkeitsverstärkungsfaktor (C/C₀) mit der Unterstützung von Austritten für die spezifische Oberfläche von gebündelten und ungebündelten CNT, welche durch Peigney et al. abgeleitet wurde („Specific surface area of carbon nanotubes and bundles of carbon nanotubes“, Carbon Vol. 39, p. 507 (2001)).
Die maximale Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀), die mit Bromdotierung von mehrfachwandigen Kohlenstoffnanoröhren (MWNT)-Garn erreichbar ist, kann als eine Funktion des MWNT-Durchmessers, Anzahl von Röhrenwandungen und Bündelschichtung durch die Gleichung ausgedrückt werden: $\frac{C}{C_{0}} = \frac{93}{1 + \frac{Z \cdot ƒ}{Y}}$
$Z = 0,143 \cdot {(M W_{B r})}^{1 / 3} \cdot ρ_{B r}^{2 / 3}$
$Y = n \cdot d - 0,34 \cdot n \cdot (n - 1)$
f=N_equiv/N, wobei N_equiv=die Anzahl von MWNTs mit einer spezifischen Oberfläche ist, die gleich ist zu der von einem Bündel mit N-Röhren, N=die gegenwärtige Anzahl von MWNTs in dem Bündel, MW_Br=dem Molekulargewicht von Brom, ρ_Br=der Dichte von flüssigem Brom, n=die Anzahl von Röhrenwandungen und d=dem Durchmesser des Leiterelementes.
Wie aus den Ergebnissen gesehen werden kann, die in Tabelle 1 zusammengefasst sind, bestehen signifikante Unterschiede in der Abhängigkeit von Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) von der Dotierungskonzentration für das Dotieren von CNT-Garn unter Verwendung gemäß Ausführungsformen der Erfindung, einem Dotierungsmittel, das ausgewählt ist aus Chlorogoldsäure (HAuCl₄) und Brom (Br₂).
Wie aus Tabelle 1 und 8 ersehen werden kann, erzeugt das Behandeln des CNT-Garnes gemäß den Ausführungsformen gemäß der Erfindung mit einem Bromdampfdotierungsmittel keine frühzeitige Verstärkungssättigungswirkung, sondern liefert an Stelle dessen eine Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀), welche mit der Dotierungsaussetzungszeit auf eine lineare Weise bis zu einem Maximum von etwa 3,65 bis 3,1 Atom-%-Br-Konzentration ansteigt, wobei das maximale Br-Dotierungsniveau studiert wurde.
Auf der anderen Seite erzeugt das Behandeln von CNT-Garn gemäß den Ausführungsformen der Erfindung mit einer Dotierungslösung mit 0,02 bis 5 M HAuCl₄ eine annähernd konstante 1,8-fache Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) unabhängig von der Dotierungslösungskonzentration.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung werden Chlorogoldsäure und Bromdotierungsmittel absorbiert und/oder beeinträchtigen verschiedene CNT-Oberflächenstellen, mit Br-zugänglichen Stellen, welche größer sind als die Au-zugänglichen Stellen. Der maximale 3,65-fache Verstärkungsfaktor, welcher für die CTex-CNT-Garnproben beobachtet wurde, ist konsistent mit Werten, welche erwartet wurden, und wie in 9 gezeigt, für 20-40 nm Durchmesser zehnwandige Nanoröhren, die in einer fünfschichtigen Bündelanordnung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung angeordnet sind.
Energiestreuende Röntgenstrahlenanalyse(ETX)-Ergebnisse zeigen einen niedrigen und annähernd konstanten 0,4-Atom-%-Au in den dotierten Garnproben. Dies zeigt einen Sättigungseffekt, in welchem Goldatome lediglich an bestimmten Stellen oder Defektbereichen auf dem CNT abgeschieden oder gebunden werden.
Ähnliche Dotierungsbehandlungen wurden durchgeführt gemäß den Vergleichsformen zu der vorliegenden Erfindung, unter Verwendung von Dotierungsmitteln mit konzentrierter Chlorwasserstoffsäure (HCI) und konzentrierter Jodwasserstoffsäure (HI), um dadurch eine Leitfähigkeitsverstärkung zu erzeugen. Diese Behandlungen resultierten in einem etwas niedrigeren Niveau der Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) von zumindest etwa 1,3. Gemäß den Vergleichsformen zu der Erfindung, wobei das Dotierungsmittel ausgewählt ist aus Chlorwasserstoffsäure und Jodwasserstoffsäure, kann die Leitfähigkeit durch einen Faktor von zumindest etwa 1,3 verstärkt werden.
Analysen der HCI-dotierten und HI-dotierten Garne zeigen, dass diese Garne ähnlich niedrige Niveaus von CI und I enthalten, wobei entsprechende Atom-% zwischen 0,20 und 0,55 liegen.
Das unterschiedliche Verhalten, das beobachtet wurde zwischen einerseits einem Br₂-Dotierungsmittel und andererseits Säuredotierungsmitteln (HAuCl₄, HCl und HI) suggeriert, dass diese beiden Klassen an Dotierungsmitteln zwei verschiedene CNT-Leitfähigkeitsverstärkungsmechanismen aufweisen. HAuCl₄ und andere Säuredotierungsmittel können mit Röhrenkanten oder Defektbereichen reagieren oder sich verbinden, wobei Elektronendichten angehoben werden oder aufgrund von verschiedenen chemischen Bindungskonkretisierungen lokalisiert werden. Derartige elektronenreiche Bereiche können als Reduzierungsstellen für HAuCl₄-Ionen dienen, und dazu führen, dass Au-Atome an diesen Stellen abgeschieden werden und die positiven Lochträgerkonzentrationen erhöhen. Der Dotierungssättigungseffekt kann durch die Tatsache erklärt werden, dass derartige Defekt- oder Randstellen dazu neigen, in der Anzahl begrenzt zu sein, wie auch die geringste erhaltene Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀).
Mit Br₂ und möglicherweise anderen Halogendotierungsmitteln kann das Dotierungsmittel jedoch in die Röhrenbündel diffundieren und kann in die exohedralen Bereiche um das CNT eindringen und kann auf den CNT-Oberflächen adsorbieren, und dadurch effektiv die Elektronenträgerkonzentration erhöhen. Dementsprechend sollte die Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) wesentlich höher sein, da ein größerer Bereich des CNT dotiert werden kann.
Die Korrektheit dieser Schlussfolgerung wird unterstützt durch die Tatsache, dass eine aufeinanderfolgende Dotierungsbehandlung von CNT-Garnproben eine Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) liefert, die größer ist als irgendein anderes Dotierungsmittel selbst liefert. CNT-Garn wird zunächst mit HAuCl₄ dotiert und wird dann für eine Stunde mit Br₂ dotiert. Diese Doppelbehandlung bewirkt eine Gesamtleitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) von 3,0, welche größer ist als sie sein würde, wenn irgendein Dotierungsbehandlungsverfahren selbst ausgeführt werden würde.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung beinhaltet ein Verfahren die Schritte des Empfangens eines Leiterelementes, das aus einer Mehrzahl von Kohlenstoffnanoröhren gebildet ist; und Aussetzen des Leiterelementes einer kontrollierten Menge an Dotierungsmitteln, um die Leitfähigkeit des Leiterelementes auf einen gewünschten Wert zu erhöhen, wobei das Dotierungsmittel Chlorogoldsäure enthält, wobei das Dotierungsmittel ferner Brom enthält, und wobei die zwei Dotierungsmittel nacheinander angewandt werden.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung wird die Leitfähigkeit dadurch um einen Faktor vergrößert, der größer ist als der Verstärkungsfaktor, der erzeugt wird durch ein Dotierungsmittel mit Chlorogoldsäure.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung wird die Leitfähigkeit dadurch um einen Faktor verstärkt, der größer ist als der erzeugte Verstärkungsfaktor durch ein Dotierungsmittel mit Brom.
10 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Erzeugen eines CNT-Leiters mit verstärkter elektrischer Leitfähigkeit. Die Reihenfolge der Schritte in dem Verfahren 1000 ist nicht auf die in 10 beschränkt oder in den folgenden Diskussionen beschrieben. Einige der Schritte könnten in einer verschiedenen Reihenfolge auftreten, ohne das endgültige Ergebnis zu beeinträchtigen.
In Block 1010 wird ein Leiterelement erhalten, das aus einer Mehrzahl von Kohlenstoffnanoröhren gebildet ist. Block 1010 überträgt dann die Steuerung zu Block 1020.
In Block 1020 wird ein Leiterelement einer kontrollierten Menge an Dotierungsmittel ausgesetzt, um die Leitfähigkeit des Leiterelementes auf einen gewünschten Wert zu erhöhen, wobei das Dotierungsmittel Brom enthält. Block 1020 beendet dann das Verfahren.
Während die oben entsprechenden Ausführungsformen mit bestimmten Komponenten in beispielhaften Anordnungen beschrieben wurden, wird von einem Fachmann verstanden, dass andere entsprechende Ausführungsformen unter Verwendung verschiedener Anordnungen und/oder verschiedener Bestandteile implementiert werden können. Zum Beispiel wird durch einen Fachmann verstanden, dass die Reihenfolge von bestimmten Herstellungsschritten und bestimmten Bestandteilen verändert werden kann, ohne im Wesentlichen das Funktionieren der Erfindung zu beeinträchtigen.
Die entsprechenden Ausführungsformen und der offenbarte Gegenstand der Erfindung, die hierin im Einzelnen beschrieben wurden, wurden beispielhaft und zur Veranschaulichung vorgestellt und sind nicht im Sinne einer Beschränkung gedacht. Fachleute werden verstehen, dass verschiedene Änderungen in der Form in Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, die zu gleichwertigen Ausführungsformen führen, welche innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche bleiben. Es ist daher beabsichtigt, dass der Gegenstand in der obigen Beschreibung als veranschaulichend zu interpretieren ist und nicht in einem beschränkenden Sinn interpretiert werden soll. Die Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren mit den Schritten: Erhalten eines Leiterelementes, das aus einer Mehrzahl von Kohlenstoffnanoröhren gebildet ist; und Aussetzen des Leiterelementes einer kontrollierten Menge an Dotierungsmittel, um die Leitfähigkeit des Leiterelementes auf einen gewünschten Wert zu erhöhen, wobei das Dotierungsmittel Brom enthält, wobei die maximale Leitfähigkeit durch einen Faktor (C/C₀) verstärkt wird, der durch die Gleichung ausgedrückt werden kann: $\frac{C}{C_{0}} = \frac{93}{1 + \frac{Z \cdot ƒ}{Y}}$
$Z = 0,143 \cdot {(M W_{B r})}^{1 / 3} \cdot ρ_{B r}^{2 / 3}$
$Y = n \cdot d - 0,34 \cdot n \cdot (n - 1)$
f=N_equiv/N, wobei N_equiv=die Anzahl von MWNTs mit einer spezifischen Oberfläche, die gleich ist zu der eines Bündels mit N-Röhren, N=die gegenwärtige Anzahl von MWNTs in dem Bündel, MW_Br gleich dem Molekulargewicht von Brom, ρ_Br gleich der Dichte von flüssigem Brom, n gleich der Anzahl von Röhrenwänden und d gleich dem Durchmesser des Leiterelementes ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dotierungsmittel zusätzlich Chlorogoldsäure enthält und wobei die beiden Dotierungsmittel nacheinander angewandt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Leitfähigkeit durch einen Faktor verstärkt wird, der größer ist als die Verstärkung, welche durch ein Dotierungsmittel mit Chlorogoldsäure erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Leitfähigkeit durch einen Faktor verstärkt wird, der größer ist als die Verstärkung, welche durch ein Dotierungsmittel mit Brom erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine annähernd lineare Beziehung zwischen der Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) und dem Prozentsatz an Bromdotierungsmittel existiert gemäß der Gleichung: (C/C₀)=1+0,93*%Br, wobei %Br der atomare Prozentsatz an Bromdotierungsmittel ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine annähernde Potenzbeziehung zwischen der Leitfähigkeitsverstärkung (C/C₀) und der Zeit existiert, für welche der Leiter dem Dotierungsmittel gemäß der Gleichung ausgesetzt ist: (C/C₀)=1+0,97*t^0,14, wobei die Zeit t in Minuten ausgedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leiterelement ein CNT-Kabel enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das CNT-Kabel ein oder mehrere verdrillte verseilte Leiter enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das CNT-Kabel ein oder mehrere abgeschirmte Kabel enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leiterelement ein CNT-Lagenmaterial aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leiterelement ein CNT-Band aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leiterelement einen CNT-Film aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leiterelement ein CNT-Pulver aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leiterelement eines aus CNT-nicht-gewebten Materialien und CNTgewebten Materialien aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leiterelement ein oder mehrere aus Einzelwandkohlenstoffnanoröhren (SWNT)-Garne und mehrfachwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWNT)-Garne aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Leitfähigkeit durch einen Faktor verstärkt wird, der annähernd linear mit der Menge an Bromdotierungsmittel in Beziehung ist.