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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Experimentelle Untersuchung der Wärmeübergangscharakteristik von Cu/CNT-Verbundwerkstoffen

Freitag (20.09.2019)
10:00 - 10:30 Uhr Eselstall

In den vergangenen Jahren wurden Kohlenstoffnanoröhren (Carbon Nano Tubes, CNT) für den Einsatz in thermischen Anwendungen untersucht. Der Fokus lag dabei auf CNT, die direkt auf Oberflächen abgeschieden oder auf Kupfersubstrate übertragen wurden. Auch das Mischen von Wärmeträgerfluiden mit CNT wurde untersucht. Für die Entwicklung von CNT-Verbundwerkstoffen kamen häufig Polymere, Keramiken oder Metalle als Matrixmaterial zum Einsatz. Metall/CNT-Verbundwerkstoffe wurden häufig auf ihre intrinsischen mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften untersucht, um diese als Festkörper einzusetzen.

Werden CNT in einer Kupfermatrix eingebettet und in eine Vorzugsrichtung ausgerichtet, können diese durch einen gezielten Ätzschritt der Kupfermatrix teilweise an der Oberfläche freigelegt und dadurch die Wärmeübertragungseigenschaften beeinflusst werden. Die freigelegten CNT bilden eine Nano-Rippenstruktur und vergrößern die Wärme übertragende Fläche signifikant. Dies resultiert theoretisch in einer deutlichen Verbesserung des konvektiven Wärmeüberganges. Auch wird eine Verbesserung bei der Verdampfung, speziell beim Blasensieden, aufgrund der freigelegten CNT erwartet, da die Anzahl der aktiven Blasenkeimstellen erhöht wird und die CNT-Strukturen einen Abtransport der Dampfblasen erlauben.

Zur experimentellen Untersuchung des konvektiven Wärmeübergangs und der Verdampfungseigenschaften von Cu/CNT-Verbundwerkstoffen wurden speziell Versuchsaufbauten zur Charakterisierung von erzwungener Konvektion und Verdampfung entwickelt und mit Probekörpern aus reinem Kupfer unter Berücksichtigung theoretischer Zusammenhänge validiert. Um den Einfluss der CNT und deren geometrischer Eigenschaften zu bestimmen wurden Cu/CNT-Verbundwerkstoffe mit 2 unterschiedlichen CNT-Anteilen (5 und 7 Vol.-% CNT) und zwei verschiedenen CNT-Durchmessern (20 und 100 nm) hergestellt und charakterisiert. Die experimentellen Ergebnisse der Cu/CNT-Verbundwerkstoffe werden den Validierungsproben aus reinem Kupfer gegenüber gestellt.

Sprecher/Referent:
Dr.-Ing. André Schlott
Fraunhofer IFAM Dresden
Weitere Autoren/Referenten:
  • Thomas Hutsch
    Fraunhofer IFAM Dresden
  • Dr. Silke Hampel
    Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung IFW
  • Dr. Thomas Weißgärber
    Fraunhofer IFAM Dresden
  • Prof. Dr. Bernd Kieback
    Fraunhofer IFAM Dresden