DE102007047874B4

DE102007047874B4 - Poröser Formkörper aus Metalloxiden und Verfahren zu seiner Herstellung

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Publication number: DE102007047874B4
Application number: DE200710047874
Authority: DE
Inventors: Dr. Lee Min Ha; Dr. Kim Kyung Tae; Prof. Dr. Eckert Jürgen; Dr. Sordelet Daniel J.
Original assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: DE102007047874A1

Abstract

Poröser Formkörper aus einem oder mehreren Metalloxiden bestehend aus einem monolithischen Schaum mit Poren im Submikrometerbereich, wobei die Porenstruktur des Formkörpers – Poren mit einem Porengrößenbereich von 30 bis 300 nm aufweist, wobei die Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen innerhalb des Porengrößenbereiches um nicht mehr als 50 nm differieren, oder – Poren mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen aufweist, wobei die Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen innerhalb jedes der beiden Porengrößenbereiche jeweils um nicht mehr als 50 nm differiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Materialwissenschaften und betrifft poröser Formkörper aus Metalloxiden, wie sie beispielsweise als Katalysatorwerkstoff in der Automobilindustrie, als Batterie-Elektrodenmaterial mit einer hohen Oberfläche, in Biosensoren, in Brennstoffzellen, als Filter- oder Membranwerkstoff zur Anwendung kommen können und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Poröse Metallschäume werden vielfach in den verschiedensten Bereichen der Technik angewandt. Derartige Schaummaterialien weisen den Vorteil des geringen Gewichtes bei gleichzeitiger hoher spezifischer Oberfläche auf.
Jedoch ist die praktische Anwendung derartiger Materialien begrenzt, weil ihre Herstellung durch die Erreichung einer großen Oberfläche mit Querschnittsabmessungen im Submikrometer-Bereich begrenzt ist.
Um dies zu erreichen, sind verschiedene Verfahren bekannt, wie beispielsweise die Oxidation auf Trägersubstraten, elektrochemische oder Elektrobeschichtungs-Verfahren (X. Jiang, u. a., Nano Lett. 2, 1333 (2002); P. L. Taberna, u. a., Nature Mater. 5, 567, (2006); S. Jung, u. a., Adv. Mater. 19, 749, (2007))
Eine bekannte Methode zur Herstellung von porösen Metalloxiden ist Templat-Synthese unter Anwendung von Silicium und Siliziumlösungsmitteln mit Blockcopolymeren (P. Yang, u. a., Nature 396, 152 (1998), M. Zukalova, u. a., Nano Lett. 5, 1789 (2005)).
Unter den Übergangsmetalloxiden ist Kupfer sehr interessant und ist sehr gut untersucht worden bezüglich seiner kleinen Energielücke (qnarrow band gap) und der geringen Oberflächenpotentialgrenze bei einer hohen Supraleiter-Übergangs-Temperatur (W. Wang, u. a., MRS Bull. 37, 1093 (2002); A. O. Musa. u. a., Sol. Energy Mater. Sol. Cells 51 305 (1998)).
Zur Herstellung von Schäumen in Form von Filmen im Submikrometerbereich werden bekanntermaßen sehr feine Pulver auf einer Trägermembran oder einem Trägersubstrat aufgebracht. Aufgrund der geringen Abmessungen der Dünnschichten und der relativ geringen Oberfläche ist ihre Anwendung sehr begrenzt.
Jedoch sind die genannten Verfahren nicht anwendbar für den Einsatz von CuO in Form eines monolithischen porösen Schaumes.
Es ist bekannt, dass es sehr schwierig ist, poröse Oxide durch Oxidation von porösen Metallen herzustellen, da diese während der Oxidation abdampfen (H. J. Grabke, Materials and Corrosion 54, No. 10, 736 (2003).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines porösen Formkörpers, der einen kontrolliert einstellbaren Porengrößenbereich im Submikrometerbereich aufweist und in der Angabe eines einfachen Herstellungsverfahrens.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße poröse Formkörper aus einem oder mehreren Metalloxiden besteht aus einem monolithischen Schaum mit Poren im Submikrometerbereich, wobei die Porenstruktur des Formkörpers

– Poren mit einem Porengrößenbereich von 30 bis 300 nm aufweist, wobei die Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen innerhalb des Porengrößenbereiches um nicht mehr als 50 nm differieren, oder
– Poren mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen aufweist, wobei die Abmessungen von Durchmesser und Länger der Porengrößen innerhalb jedes der beiden Porengrößenbereiche jeweils um nicht mehr als 50 nm differiert.

Vorteilhafterweise liegen im Falle der Porenstruktur mit einem Porengrößenbereich die jeweils nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen im Bereich zwischen 100 bis 300 nm.
Weiterhin vorteilhafterweise liegen im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen bei < 200 nm und > 200 nm, vorteilhaft bei ≤ 200 nm und ≥ 300 nm, noch vorteilhafter bei ≤ 200 nm und ≥ 500 nm, oder bei ≤ 100 nm und ≥ 200 nm oder bei ≤ 50 nm und ≥ 200 nm, oder bei ≤ 20 nm und ≥ 200 nm, oder bei ≤ 20 nm und ≥ 300 nm.
Ebenfalls vorteilhafterweise liegen im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen innerhalb von 0,1 bis ≤ 20 nm und innerhalb ≥ 500 nm bis 1 μm.
Und ebenfalls von Vorteil ist es, wenn der monolithische Schaum aus CuO, NiO, TiO, TiO₂, ZrO, ZrO₂ und/oder Al₂O₃ besteht.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer porösen Formköpers aus einem oder mehreren Metalloxiden werden

– Metallpulver und Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern unter Sauerstoffausschluss miteinander gemischt und gemahlen, wobei
a) zur Erreichung eines Porengrößenbereiches maximal soviel Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zugegeben werden, dass keine Agglomeration der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern erfolgt, und solche Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zugegeben werden, deren Abmessungen von Durchmesser und Länge sich um maximal 20 nm unterscheiden, oder
b) zur Erreichung von zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen in mindestens zwei Schritten soviel Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zugegeben werden, dass mindestens eine teilweise Agglomeration der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern erfolgt und maximal Submikrometer-Agglomerate aus Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern hergestellt werden,
– anschließend eine Verdichtung des Gemisches unter Vakuum und nachfolgend eine Temperaturbehandlung unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre durchgeführt wird, wobei die Temperaturbehandlung bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der Metalle und oberhalb einer Temperatur realisiert wird, bei der die Oxidation des Kohlenstoffs und des Metalls erfolgt.

Vorteilhafterweise werden als Metallpulver Cu, Ni, Ti, Zr und/oder Al eingesetzt.
Ebenfalls vorteilhafterweise werden Metallpulver mit Partikelgrößen ≤ 250 μm eingesetzt.
Weiterhin vorteilhafterweise werden als Kohlenstoffnanoröhren ein- und/oder mehrwandige ungefüllte Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt.
Und auch vorteilhafterweise werden Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern ausgewählt aus Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern mit 1 bis 100 nm Durchmesser und ≥ 50 nm Länge eingesetzt.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Mischung und Mahlung unter Inertgasatmosphäre und/oder unter Vakuum durchgeführt wird.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Mischung und Mahlung zur Erzielung von zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen in zwei bis fünf Schritten durchgeführt wird, wobei noch vorteilhafterweise die mengenmäßige Zugabe der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zur Mischung in zwei bis fünf Schritten durchgeführt wird.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Mischung und Mahlung innerhalb von 30 min bis 400 h durchgeführt wird.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn zur Erreichung einer Porenstruktur mit einem Porengrößenbereich maximal 20 Vol.-% Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern bezogen auf das Gesamtvolumen zugegeben werden.
Von Vorteil ist es auch, wenn zur Erreichung einer Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen maximal 60 Vol.-% Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern bezogen auf das Gesamtvolumen zugegeben werden.
Und ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Kompaktierung/Verdichtung durch ECAP (equal channel angular pressing), HPT (high pressure torsion), HIP (hot isostatic pressing), CIP (cold isostatic pressing) oder durch Extrusion durchgeführt wird, wobei noch vorteilhafterweise die Extrusion bei Temperaturen von 400 bis 700°C und innerhalb von 10 s bis 10 min durchgeführt wird.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn die Temperaturbehandlung bei Temperaturen oberhalb 400°C und unterhalb 1000°C durchgeführt wird.
Und auch von Vorteil ist es, wenn die Temperaturbehandlung innerhalb von 30 min bis 100 h durchgeführt wird.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Temperaturbehandlung durchgeführt wird, bis die Oxidation der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern und des Metallpulvers jeweils zu mindestens 95% abgeschlossen ist.
Poröse Übergangsmetalloxide haben ein großes Potential bei der Anwendung als Katalysatormaterial in der Automobilindustrie zur Reduzierung der CO₂-Emission. Die erfindungsgemäße Lösung erreicht eine sehr hohe Reaktionsrate durch die verbesserte Zugänglichkeit der porösen Struktur für das Gas.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist ein poröser Formkörper aus einem oder mehreren Metalloxiden herstellbar, der eine gewünschte Porenstruktur aufweist. Dabei kann die Porenstruktur von Submikrometerporen in einem Porengrößenbereich von 30 bis 300 nm liegen, wobei die Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen innerhalb eines Porengrößenbereiches um nicht mehr als 50 nm differieren, bis zu einer sogenannten Hybridstruktur von Submikrometerporen in zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen, wobei die Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen innerhalb jedes der beiden Porengrößenbereiche jeweils um nicht mehr als 50 nm differieren, über das Herstellungsverfahren eingestellt werden. Die Porengrößenbereiche differieren dabei hinsichtlich Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen innerhalb eines Porengrößenbereiches um maximal 50 nm. Dabei ist es vorteilhaft, wenn diese zwei unterschiedlichen Porengrößenbereiche die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierende Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen einen möglichst unterschiedlichen Porengrößenbereich aufweisen, wie beispielsweise ≤ 20 nm und ≥ 500 nm.
Diese Porenstruktur im erfindungsgemäßen porösen Formkörper aus Metalloxiden wird im Wesentlichen durch die Auswahl der Partikelgröße der Metallpulver und der Abmessungen der Kohlenstoffnanoröhren bestimmt, aber auch von der Dauer und den Bedingungen des Mischens und Mahlens und der Kompaktierung/Verdichtung.
Die Porengrößenstruktur mit einer Porengrößenverteilung wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass Kohlenstoffnanoröhren mit im Wesentlichen gleichen Abmessungen von Durchmesser und Länge, das heißt mit Abmessungen, die nicht um mehr als 20 nm voneinander differieren, als Ausgangsstoff eingesetzt werden und die Zugabe vorteilhafterweise 20 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen nicht übersteigt.
Unter der Angabe „wobei die Porengröße innerhalb eines Porengrößenbereiches um nicht mehr als 50 nm differiert” soll erfindungsgemäß verstanden werden, alle Poren sich hinsichtlich der Abmessungen von Durchmesser und Länge um maximal 50 nm unterschieden, also beispielsweise 1–49 nm, 30–80 nm, 75–125 nm, 50–100 nm, 180–230 nm 250–300 nm betragen kann
Sollten mehr Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt werden, so muss die Misch- und Mahldauer verlängert werden. Durch die volumenmäßige Zugabe und die davon abhängige Misch- und Mahldauer wird im Metallpulver-Kohlenstoffnanoröhren-Gemisch eine Agglomeration der Kohlenstoffnanoröhren verhindert, so dass der poröse Formkörper durchgängig Poren innerhalb eines Porengrößenbereiches aufweist.
Soll ein erfindungsgemäßer poröser Formkörper mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen hergestellt werden, so können die Abmessungen von Durchmesser und Länge der eingesetzten Kohlenstoffnanoröhren deutlicher voneinander differieren. Durch die schrittweise Zugabe der Kohlenstoffnanoröhren während des Mischens und Mahlens und eine deutlich höhere Menge an Kohlenstoffnanoröhren wird eine Agglomeration der Kohlenstoffnanoröhren im Metallpulver-Kohlenstoffnanoröhren-Gemisch erreicht, wobei die agglomerierten Kohlenstoffnanoröhren die Poren mit dem größeren Porengrößenbereich bilden. Die Größe der Agglomerate und ihre Anzahl im Gemisch werden über die Misch- und Mahldauer definiert eingestellt
Dabei erfolgt das Mischen und Mahlen immer unter Sauerstoffausschluss, damit noch keine Oxidation der Metalle und des Kohlenstoffs erfolgen kann.
Als Metallpulver kann ein oxidationsfähiges Pulver eines Metalls oder auch eines Gemisches mehrerer Metalle oder einer Metalllegierung eingesetzt werden.
Es können ein- oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt werden.
Nach der Herstellung des Metallpulver-Kohlenstoffnanoröhren-Gemisches wird das Gemisch unter Vakuum kompaktiert oder verdichtet. Dabei kann gleichzeitig eine Strukturierung/Ausrichtung der Poren innerhalb des Formkörpers erreicht werden, beispielsweise in Extrusionsrichtung. Durch das Vakuum während der Kompaktierung/Verdichtung wird weiterhin eine Oxidation der Metalle und des Kohlenstoffs verhindert.
Nach der Kompaktierung/Verdichtung wird der jetzt noch relativ dichte Formkörper einer Temperaturbehandlung unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre durchgeführt. Dabei muss die Temperatur mindestens so hoch sein, dass eine Oxidation der Metalle zu Metalloxiden und des Kohlenstoffs zu CO und/oder CO₂ realisiert wird und andererseits die Schmelztemperatur der Metalle nicht überschritten wird. Die Oxidation der Metalle und des Kohlenstoffs soll jeweils zu mindestens 95% erfolgen.
Je nach Auswahl der Kohlenstoffnanoröhren und der Misch- und Mahldauer sowie der Art der nachfolgenden Kompaktierung/Verdichtung können zwei verschiedene Porengrößenbereiche erreicht werden, die hinsichtlich ihrer Porengrößen sich relativ deutlich voneinander unterscheiden. Dies kann vorteilhafterweise zu einer Porenstruktur führen, die einerseits sehr kleine Poren und andererseits deutlich größere Poren aufweist, die sowohl durch Agglomeration der ursprünglichen Kohlenstoffnanoröhren und/oder auch noch durch Zusammenschluss der ursprünglichen Agglomerate entstanden sind und bei einer entsprechenden Kompaktierung/Verdichtung in eine Vorzugsrichtung ausgerichtet sind und so zu durchgehenden Porenkanälen führen können.
Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Ein Komposit aus 60 Vol.-% Cu-Pulver mit einer Partikelgröße von ≤ 45 μm und 40 Vol.-% mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) von 0,5–200 μm Länge und mit einem äußeren Durchmesser von 10–20 nm und einem inneren Durchmesser von 5–10 nm werden gemischt und gemahlen. Das Cu-Pulver (Reade Advanced Materials) wies eine Reinheit von 99,9% und die mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (Sigma Aldrich) wiesen eine Reinheit von > 95% auf. Die Mischung und Mahlung wurde in einer Retsch Pulverisette 5 300 h mit eine Rotationsgeschwindigkeit von 250 U/min durchgeführt, wobei gehärtete Stahlkugeln als Mahlkugeln verwendet wurden und das Verhältnis von Kugeln zum Pulver 10:1 betrug. Das mechanische Mahlen wurde in 5 Schritten durchgeführt, wobei jeweils 8 Vol.-% Kohlenstoffnanoröhren bei jedem Schritt zugegeben wurden. Die Mahlung erfolgte unter reiner Ar-Atmosphäre (weniger als 3 ppm O₂ und H₂O).
Das gemahlene Cu/CNT-Nanokompositpulver wurde in eine Kupferform unter Vakuum eingebracht und durch Warmextrusion in einem Extruder (Innovare Inc. Laboratory Metalworking System) ebenfalls unter Vakuum bei 510°C mit einer Extrusionsrate von 9 und einem Druck von 700 MPa verdichtet. Die entstehenden dichten, zu einer Scheibe geformten Pellets von 8 mm Durchmesser und 5 mm Dicke wurden danach bei 450°C 3 h getempert, wobei die gleichzeitige Oxidation des Cu und der Kohlenstoffnanoröhren erfolgt, wodurch nach dem Abkühlen poröse Cu-Oxid-Formkörper mit einer Porenstruktur entstanden sind, die zwei unterschiedliche Porengrößenbereich von 5–20 nm und 500–550 nm aufweist, wobei die Poren in Extrusionsrichtung ausgerichtet und zu 55% miteinander verbunden und damit vollständig durch den Formkörper hindurchgehende Poren sind.
Beispiel 2
Ein Komposit aus 80 Vol.-% Ni-Pulver mit einer Partikelgröße von ≤ 45 μm und 20 Vol.-% mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) von 0,5–200 μm Länge und mit einem äußeren Durchmesser von 10–20 nm und einem inneren Durchmesser von 5–10 nm werden gemischt und gemahlen. Das Ni-Pulver (Reade Advanced Materials) wies eine Reinheit von 99,9% und die mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (Sigma Aldrich) wiesen eine Reinheit von > 95% auf. Die Mischung und Mahlung wurde in einer Retsch Pulverisette 5 für 50 h mit eine Rotationsgeschwindigkeit von 250 U/min durchgeführt, wobei gehärtete Stahlkugeln als Mahlkugeln verwendet wurden und das Verhältnis von Kugeln zum Pulver 10:1 betrug. Die Mahlung erfolgte unter reiner Ar-Atmosphäre (weniger als 3 ppm O₂ und H₂O).
Das gemahlene Ni/CNT-Nanokompositpulver wurde in eine Kupferform unter Vakuum eingebracht und durch Warmextrusion in einem Extruder (Innovare Inc. Laboratory Metalworking System) ebenfalls unter Vakuum bei 510°C mit einer Extrusionsrate von 9 und einem Druck von 700 MPa verdichtet. Die entstehenden dichten, zu einer Scheibe geformten Pellets von 8 mm Durchmesser und 5 mm Dicke wurden danach bei 450°C 3 h getempert, wobei die gleichzeitige Oxidation des Ni und der Kohlenstoffnanoröhren erfolgt, wodurch nach dem Abkühlen poröse Ni-Oxid-Formkörper mit einer Porenstruktur entstanden sind, die einen einheitlichen Porengrößenbereich von 50–100 nm aufweist, wobei die Poren in Extrusionsrichtung ausgerichtet sind.
Beispiel 3
Ein Komposit aus 60 Vol.-% Ni-Pulver mit einer Partikelgröße von ≤ 45 μm und 40 Vol.-% mehrwandigen Kohlenstofffasern von 0,5–200 μm Länge und mit einem äußeren Durchmesser von 10–20 nm werden gemischt und gemahlen. Das Ni-Pulver (Reade Advanced Materials) wies eine Reinheit von 99,9% und die Kohlenstofffasern wiesen eine Reinheit von > 95% auf. Die Mischung und Mahlung wurde in einer Retsch Pulverisette 5 für 100 h mit eine Rotationsgeschwindigkeit von 250 U/min durchgeführt, wobei gehärtete Stahlkugeln als Mahlkugeln verwendet wurden und das Verhältnis von Kugeln zum Pulver 10:1 betrug. Die Mahlung erfolgte unter reiner Ar-Atmosphäre (weniger als 3 ppm O₂ und H₂O).
Das gemahlene Nanokompositpulver wurde in eine Kupferform unter Vakuum eingebracht und durch Warmextrusion in einem Extruder (Innovare Inc. Laboratory Metalworking System) ebenfalls unter Vakuum bei 510°C mit einer Extrusionsrate von 9 und einem Druck von 700 MPa verdichtet. Die entstehenden dichten, zu einer Scheibe geformten Pellets von 8 mm Durchmesser und 5 mm Dicke wurden danach bei 450°C 3 h getempert, wobei die gleichzeitige Oxidation des Ni und der Kohlenstofffasern erfolgt, wodurch nach dem Abkühlen poröse Ni-Oxid-Formkörper mit einer Porenstruktur entstanden sind, die einen einheitlichen Porengrößenbereich von 10–50 nm aufweist, wobei die Poren in Extrusionsrichtung ausgerichtet sind.

Claims

Poröser Formkörper aus einem oder mehreren Metalloxiden bestehend aus einem monolithischen Schaum mit Poren im Submikrometerbereich, wobei die Porenstruktur des Formkörpers – Poren mit einem Porengrößenbereich von 30 bis 300 nm aufweist, wobei die Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen innerhalb des Porengrößenbereiches um nicht mehr als 50 nm differieren, oder – Poren mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen aufweist, wobei die Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen innerhalb jedes der beiden Porengrößenbereiche jeweils um nicht mehr als 50 nm differiert.
Poröser Formkörper nach Anspruch 1, bei dem im Falle der Porenstruktur mit einem Porengrößenbereich die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen im Bereich zwischen 100 bis 300 nm liegen.
Poröser Formkörper nach Anspruch 1, bei dem im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen bei < 200 nm und > 200 nm liegen.
Poröser Formkörper nach Anspruch 3, bei dem im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen bei ≤ 200 nm und ≥ 300 nm liegen.
Poröser Formkörper nach Anspruch 4, bei dem im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen bei ≤ 200 nm und ≥ 500 nm liegen.
Poröser Formkörper nach Anspruch 1, bei dem im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen bei ≤ 100 nm und ≥ 200 nm liegen.
Poröser Formkörper nach Anspruch 1, bei dem im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen bei ≤ 50 nm und ≥ 200 nm liegen.
Poröser Formkörper nach Anspruch 1, bei dem im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen bei ≤ 20 nm und ≥ 200 nm liegen.
Poröser Formkörper nach Anspruch 1, bei dem im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen bei ≤ 20 nm und ≥ 300 nm liegen.
Poröser Formkörper nach Anspruch 1, bei dem im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen die jeweils um nicht mehr als 50 nm differierenden Abmessungen von Durchmesser und Länge der Porengrößen innerhalb 0,1 bis ≤ 20 nm und innerhalb ≥ 500 bis < 1 μm liegen.
Poröser Formkörper nach Anspruch 1, bei dem der monolithische Schaum aus CuO, NiO, TiO, TiO₂, ZrO, ZrO₂ und/oder Al₂O₃ besteht.
Verfahren zur Herstellung eines porösen Formköpers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem – Metallpulver und Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern unter Sauerstoffausschluss miteinander gemischt und gemahlen werden, wobei a) zur Erreichung eines Porengrößenbereiches maximal soviel Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zugegeben werden, dass keine Agglomeration der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern erfolgt, und solche Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zugegeben werden, deren Abmessungen von Durchmesser und Länge sich um maximal 20 nm unterscheiden, oder b) zur Erreichung von zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen in mindestens zwei Schritten soviel Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zugegeben werden, dass mindestens eine teilweise Agglomeration der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern erfolgt und maximal Submikrometer-Agglomerate aus Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern hergestellt werden, – anschließend eine Verdichtung des Gemisches unter Vakuum und nachfolgend eine Temperaturbehandlung unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre durchgeführt wird, wobei die Temperaturbehandlung bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der Metalle und oberhalb einer Temperatur realisiert wird, bei der die Oxidation des Kohlenstoffs und des Metalls erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem als Metallpulver Cu, Ni, Ti, Zr und/oder Al eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Metallpulver mit Partikelgrößen ≤ 250 μm eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem als Kohlenstoffnanoröhren ein- und/oder mehrwandige ungefüllte Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern ausgewählt aus Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern mit 1 bis 100 nm Durchmesser und ≥ 50 nm Länge eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Mischung und Mahlung unter Inertgasatmosphäre und/oder unter Vakuum durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Mischung und Mahlung zur Erzielung von zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen in zwei bis fünf Schritten durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die mengenmäßige Zugabe der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zur Mischung in zwei bis fünf Schritten durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Mischung und Mahlung innerhalb von 30 min bis 400 h durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zur Erreichung einer Porenstruktur mit einem Porengrößenbereich maximal 20 Vol.-% Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern bezogen auf das Gesamtvolumen zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zur Erreichung einer Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen maximal 60 Vol.-% Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern bezogen auf das Gesamtvolumen zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Kompaktierung durch ECAP (equal channel angular pressing), HPT (high pressure torsion), HIP (hot isostatic pressing), CIP (cold isostatic pressing) oder durch Extrusion durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Extrusion bei Temperaturen von 400 bis 700°C und innerhalb von 10 s bis 10 min durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Temperaturbehandlung bei Temperaturen oberhalb 400°C und unterhalb 1000°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Temperaturbehandlung innerhalb von 30 min bis 100 h durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Temperaturbehandlung durchgeführt wird, bis die Oxidation der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern und des Metallpulvers jeweils zu mindestens 95% abgeschlossen ist.