Nanokarbon partikler, slik som karbon kjegler, skiver og rør, har interessante anvendelser for å lage ny materialer med skreddersydde mekaniske og elektriske egenskaper. Karbon kjegler, som er den minst utforskede form av slike karbonpartikler, har blitt undersøkt ved bruk av bl.a. transmisjonselektronmikroskopi (TEM). Overflaten så vel som den indre oppbyggingen av nanopartiklene har blitt undersøkt. Strukturen på karbonkjeglene kan forbedres ved varmebehandling ved 2700 grader C. Det er en klar sammenhe ng mellom struktur og andre egenskaper som alle blir forbedret når krystallinske områdene vokser under varmebehandlingen. Spesielt har undersøkelser med bruk av elektron-energitapsspektroskopi funnet interessante effekter hos såkalte «plasmoner» nær tuppe n av nanokjeglene, noe som kanskje kan nyttiggjøres i framtidige nanoelektroniske komponenter (ofte kalt «plasmonics»).
I den andre og mer anvendte delen av prosjektet har en brukt elektriske felt til å opplinjere slike karbon nanopartikler som var bla ndet i en flytende polymer. Polymeren ble deretter herdet, enten ved varmebehandling eller ved bruk av ultrafiolett lys, og de frambrakte fiberstrukturene ble da stabilisert mekanisk. Ved bruk slike karbonpartikler, som alle er elektrisk ledende, kan en l age elektrisk ledende polymer-komposittmaterialer som inneholder mindre enn 1 volumprosent ledende partikler, og derved er nesten like transparente og har like gode mekaniske egenskaper som den rene polymeren. Avhengig av retningen på det ytre elektriske feltet som anvendes før polymeriseringen, kan retningen på de ledende fibrene i komposittfilmen, og dermed den beste ledningsevnen, være på langs av filmen eller tvers gjennom filmen. På lignende måte kan en nanostrukturere karbon-polymermaterialer ved å bruke magnetiske felt. Disse anvendelsesområdene videreutvikles nå i samarbeid med de to oppstartselskapene CondAlign AS og Giamag Technologies AS som begge har hatt sin basis i Fysikkavdelingen ved Institutt for Energiteknikk (IFE).
Carbon Cones (CCs) have a perfect conical structure with symmetry fundamentally different from other known carbon materials, including nanotubes and buckyballs. There is only one known way to produce CCs at industrial scale, via the patented Kværner CB&H process in Norway. Theoretical calculations as well as preliminary experimental results, e.g. on large H2 uptake in this material, point to unusual functional properties of CCs, different from those of other carbon materials. Thorough investigation of thi s new behaviour by a range of experimental methods will allow for a basic understanding of the unusual properties of CCs, leading at the same time to new perspectives beyond the current state of the art. Material production, purification and separation of the five different cones and theoretical modelling are already addressed in a complementary EU STREP project denoted HYCONES and the outcome from this can be utilized in the present project.
This project will focus on a thorough characterization of stru ctural, mechanical, electric/electronic and optical properties using various techniques including e.g. SEM, TEM, AFM, neutron- and X-ray scattering. The CCs are expected to exhibit exceptional electronic-, chemical- and mechanical functional properties th at stem from their unique topology as expected from computer modelling. This opens a wide range of new spin-off applications in several areas that will be further explored.