Warum wir auf Infrarot-Heizung für Carbonnanoröhren umgestiegen sind
Bei der Herstellung von Carbonnanoröhren spielt die Wärme eine entscheidende Rolle. Damit die chemische Vaporisationsmethode (CVD) funktioniert, ist ein sehr spezifischer Temperaturgradient notwendig. Lange Zeit wurde dazu ein herkömmlicher Widerstandsofen verwendet. Doch ehrlich gesagt: Den gesamten Ofen zu erhitzen, nur um einen kleinen Untergrund zu erwärmen, ist eine enorme Energieverschwendung.
Deshalb haben wir begonnen, Infrarot-Heizlampen zu verwenden.
Energiesparpotenzial
Infrarotlampen erhitzen die Luft um sie herum nicht – sie nutzen stattdessen Strahlung, um direkt den Untergrund zu erwärmen. Bei der Herstellung von Carbonnanoröhren möchte man, dass der Katalysator sofort seine Aktivierungstemperatur erreicht. Mit kurzwelligem Infrarot sind das nur Sekunden – wirklich schnell. Das verändert die gesamte Rechenlogik des Prozesses. Da man keine Stunden damit verbringen muss, die Außenwände oder die Luft im Inneren des Ofens zu erhitzen, sinken die Kosten pro Batch drastisch. Es handelt sich dabei um eine viel effizientere Methode – außerdem verringert sich dadurch auch der CO2-Fußabdruck.
Die Ausrüstung
Wir verwenden Halogenfäden, die in Quarzkapseln eingehüllt sind, um die hohe Hitze zu bewältigen. Um Fehler zu vermeiden, werden diese Fäden mit PID-Steuerungen verbunden. Man muss hier sehr vorsichtig sein: Wenn zu viele Watt auf eine kleine Fläche gerichtet werden, kann der Faden zerstört werden oder die Nanoröhren beschädigt werden. Präzision ist dabei entscheidend.
Ein weiterer Vorteil: Ein Infrarot-System benötigt deutlich weniger Platz als ein großer Widerstandsofen. Zudem hat man bei der Abkühlung mehr Kontrolle über den Prozess.
Nachteile
Es ist jedoch nicht alles perfekt. Diese Systeme produzieren viel Strahlungswärme. Man kann ein Infrarot-System einfach nicht in einen alten Ofen einbauen und darauf hoffen, dass alles funktioniert. Man braucht geeignete Kühlvorrichtungen, um zu verhindern, dass die Umgebungstemperatur in die Höhe schießt. Wenn das Kühlsystem versagt, gehen die Lampen schnell kaputt.
Und ja, es gibt noch die finanziellen Aspekte. Die Anschaffung der Steuerungen und Schutzmaßnahmen kostet mehr als ein einfacher Widerstandsofen. Doch im Vergleich zu den monatlichen Energiekosten und der höheren Effizienz des Labors ist das ein Preis, den wir gerne zahlen.