Druck und Spannung im Nanomaßstab

News: Druck und Spannung im Nanomaßstab

Nanoröhren - jene winzigen 'Kohlenstoff-Strohhalme' mit einem Durchmesser von nur wenigen Milliardstel eines Meters - könnten zu den zähesten Materialien gehören, die je hergestellt wurden. Doch aufgrund ihrer geringen Größe sind sie nur schwer zu testen. Also versuchen Physiker, aus Experimenten zum Biegeverhalten der Röhren zu bestimmen, wie diese sich beim Einwirken großer Kräfte verhalten. Und die Röhrchen halten etwas aus - rund 100mal so viel wie alle anderen bekannten Fasern.

Wenn Sie die beiden Enden eines Trinkhalms aufeinander zu bewegen, wird er sich an einem bestimmten Punkt verbiegen. Da man Nanoröhren natürlich nicht so einfach anfassen und zusammendrücken kann, haben der Physiker Daniel Wagner und seine Kollegen vom Weizmann Institute of Science in Rehovot (Israel) sie in Massen getestet. Die Wissenschaftlergruppe warf einen Schwung Nanoröhren in ein flüssiges Polymerharz und ließ es aushärten. Dabei zog der Kunststoff sich zusammen, was auf die eingebetteten Röhren einen riesigen Druck ausübte. In der Nähe der Oberfläche gab es einige Röhren, die an den beiden Enden im Polymer steckten, in der Mitte jedoch frei beweglich blieben. Diese Röhren begannen dann, sich zu verbiegen: Sie bildeten Schlaufen und Knicke, welche wie die Fasern aus einem Teppich herausragten (Physical Review Letters vom 24. August 1998, Abstract).

Die genaue Form des Bogens, so erklärte Wagner, hängen von der Druckfestigkeit der Röhre ab. Unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops fotografierte das Team einzelne Röhren und vermaß die Knicke. Dadurch konnten die Wissenschaftler errechnen, daß die Röhren einer Druckspannung von 100 Milliarden Pascal standhalten können, ohne sich zu verbiegen. Der Wert entspricht in etwa den theoretischen Vorhersagen, aber "die Zahl ist so gigantisch, daß man fast Angst hat, sie zu veröffentlichen", sagt Wagner.

"Das zeigt, daß die Röhren in der Tat stärker als alles andere sind", meint Jerzy Bernholc, Physiker der North Carolina State University in Raleigh. Es demonstriert ferner, daß die Röhren fest an den Kunststoff binden, denn andernfalls könnte das Plastik sie nicht verbiegen, erläutert der Wissenschaftler. "Das Ergebnis ist ein äußerst verstärkter Polymer". Wenn jemand herausfindet, wie man Röhren tonnenweise billig herstellen kann, so Bernholc, dann könnte eine Kombination mit Polymeren unglaublich widerstandsfähige Materialien ergeben.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 17.6.1998
"Nanoröhren bleiben cool"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 12.5.1998
"Nanoröhren-Transistoren – Sie kommen"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 17.12.1997
"Ein Hauch von Nanocomputer"