Der nanoskalige Prozess kann die Einführung billigerer Hightech-Produkte beschleunigen.

Eine kostengünstige Möglichkeit, Produkte mit Nanopartikeln herzustellen – wie beispielsweise Hochleistungs-Energiegeräte oder anspruchsvolle Diagnosetests – wurde von Forschern entwickelt.

Der Prozess könnte die kommerzielle Entwicklung von Geräten, Materialien und Technologien beschleunigen, die die physikalischen Eigenschaften von Nanopartikeln nutzen, die tausende Male dünner sind als ein menschliches Haar.

Durch die geringe Größe der Partikel verhalten sie sich anders als herkömmliche Materialien, und ihre ungewöhnlichen Eigenschaften inspirieren die Forschung zu neuen Anwendungen.

Ingenieure demonstrierten ihre Herstellungstechnik, das so genannte Elektrospinnen, durch den Bau einer Brennstoffzelle – ein Gerät, das Kraftstoffe ohne Verbrennung in elektrische Energie umwandelt.

Ihre Vorrichtung wurde mit Strängen aus nanoskaligen Fasern hergestellt, die Nanopartikel auf der Oberfläche enthalten. Es bietet eine hohe Kontaktfläche zwischen den Brennstoffzellenkomponenten und dem Luftsauerstoff, wodurch es effizienter wird.

Forscher der University of Edinburgh und des California Institute of Technology bauten ihre Brennstoffzelle mit einem düsenlosen Elektrospinngerät – einer rotierenden Trommel in einem Flüssigkeitsbad unter Hochspannung und Temperatur.

Nanofasern werden aus der Flüssigkeit auf der Oberfläche der Trommel hergestellt, die auf eine angrenzende heiße Oberfläche gesponnen werden. Wenn die Fasern abkühlen und eine Brennstoffzellenkomponente bilden, entstehen Nanokristalle auf ihrer Oberfläche und bilden eine große Oberfläche.

Tests zeigten, dass die Nanofaser-Brennstoffzelle besser abschneidet als herkömmliche Komponenten. Solche Geräte sind mit anderen Techniken nur sehr schwer herzustellen, sagen Forscher. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie wurde vom US-Energieministerium finanziert.

Dr. Norbert Radacsi, von der University of Edinburgh’s School of Engineering, der die Studie leitete, sagte: „Unser Ansatz des Elektrospinnens bietet eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit, Nanomaterialien mit hoher Oberfläche zu bilden. Dies könnte zu Produkten mit verbesserter Leistung, wie beispielsweise Brennstoffzellen, im industriellen Maßstab führen.“

Mehr Informationen:
Norbert Radacsi et al, Spontane Bildung von Nanopartikeln auf elektrogesponnenen Nanofasern, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-07243-5

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