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Novel multifibrillar carbon and oxidation-stable carbon/ceramic hybrid fibers consisting of thousands of individual nanofibers with high tensile strength

Titelangaben

Denk, Jakob ; Liao, Xiaojian ; Knolle, Wolfgang ; Kahnt, Axel ; Greiner, Andreas ; Schafföner, Stefan ; Agarwal, Seema ; Motz, Günter:
Novel multifibrillar carbon and oxidation-stable carbon/ceramic hybrid fibers consisting of thousands of individual nanofibers with high tensile strength.
In: Scientific Reports. Bd. 14 (2024) . - 18143.
ISSN 2045-2322
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-68794-w

Abstract

In this study, multifibrillar carbon and carbon/ceramic (C/SiCON) fibers consisting of thousands of single nanofibers are continuously manufactured. The process starts with electrospinning of polyacrylonitrile (PAN) and PAN/oligosilazane precursors resulting in poorly aligned polymer fibers. Subsequent stretching leads to parallel aligned multifibrillar fibers, which are continuously stabilized and pyrolyzed to C or C/SiCON hybrid fibers. The multifibrillar carbon fibers show a high tensile strength of 911 MPa and Young’s modulus of 154 GPa, whereas the multifibrillar C/SiCON fibers initially have only tensile strengths of 407 MPa and Young’s modulus of 77 GPa, due to sticking of the nanofibers during the stabilization in air. Additional curing with electron beam radiation, results in a remarkable increase in tensile strength of 707 MPa and Young's modulus of 98 GPa. The good mechanical properties are highlighted by the low linear density of the multifibrillar C/SiCON fibers (~ 1 tex) compared to conventional C and SiC fiber bundles (~ 200 tex). In combination with the large surface area of the fibers better mechanical properties of respective composites with a reduced fiber content can be achieved. In addition, the developed approach offers high potential to produce advanced endless multifibrillar carbon and C/SiCON nanofibers in an industrial scale.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Makromolekulare Chemie II
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Makromolekulare Chemie II > Lehrstuhl Makromolekulare Chemie II - Univ.-Prof. Dr. Andreas Greiner
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Keramische Werkstoffe > Lehrstuhl Keramische Werkstoffe - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Schafföner
Profilfelder > Advanced Fields > Polymer- und Kolloidforschung
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt
Forschungseinrichtungen > Institute in Verbindung mit der Universität > Bayerisches Polymerinstitut (BPI)
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Keramische Werkstoffe
Profilfelder
Profilfelder > Advanced Fields
Forschungseinrichtungen
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen
Forschungseinrichtungen > Institute in Verbindung mit der Universität
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Eingestellt am: 07 Aug 2024 05:48
Letzte Änderung: 07 Aug 2024 05:48
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/90163