Die winzigsten Gleitlager der Welt

News: Die winzigsten Gleitlager der Welt

Klein, kleiner, am kleinsten - technische Geräte werden immer winziger. Doch die Größe von Atomen und Molekülen stellt eine natürliche Grenze dar. Auf dieser mikroskopischen Ebene werden immer neue und vielversprechende Bausteine für zukünftige Kleinstgeräte entdeckt: Mehrere ineinander gesteckte Nanoröhren zum Beispiel, die sich wie ein Teleskopstiel auseinander ziehen lassen - fast ohne Reibung. Sie eignen sich vermutlich als Gleitlager für Motoren und andere Nanoapparate.

Was haben Wissenschaftler nicht schon alles mit Nanoröhrchen angestellt – sie haben sie gedehnt, verbogen und verschweißt. Doch die Reibung zwischen zwei ineinander steckenden Röhrchen, die wie ein Gleitlager funktionieren, haben Forscher nicht beachtet. John Cumings und Alex Zettl von der University of California in Berkeley haben diese Wissenslücke nun geschlossen.

Die Wissenschaftler haben ein Ende einer mehrlagigen Kohlenstoff-Nanoröhre an einer feststehenden Goldelektrode befestigt. Am anderen Ende haben sie die inneren Schichten der Röhre an die Spitze eines so genannten Nanomanipulators geschweißt – einer winzigen Spitze, deren Bewegungen sich präzise steuern lassen. Die Verbindung entsteht, wenn ein Strom durch den Manipulator fließt und dieser sich dadurch erhitzt. "Wir haben die Spitze geschnappt und sie wie bei einem Teleskopstab herausgezogen. Dann ließen wir los", erläutert Cumings.

Durch ein Rasterelektronemikroskop beobachteten Cumings und Zettl, wie Kräfte zwischen den Molekülen die inneren Schichten wieder in die Röhre hineinzogen. Diese so genannten Van-der-Waals-Kräfte sind sehr schwach, daher muss die Reibung äußerst gering sein, denn sonst wären diese schwachen Kräfte nicht in der Lage, die Röhren zu bewegen (Science vom 28. Juli 2000). Jetzt gehen die Forscher daran, das winzige Lager mit anderen Nanoteilen zu verbinden. "Wir machen kleine Schritte in diese Richtung", erklärt Cumings.

Am Ende könnte sich das Nanolager zu "einem sehr effizienten Teil eines zukünftigen molekularen Motors", entwickeln, sagt Laszlo Forró von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne. "Eine andere extrem interessante Anwendung" wäre ein Nanoschalter. Denn indem Forscher eine Spannung an das Gleitlager anlegen, bringen sie dessen innerste Röhre dazu herauszustehen. Forró fügt hinzu, dass die Arbeit "eine wichtige Rolle dabei spielen wird, in der nahen Zukunft Nanomaschinen und Nanomotoren herstellen zu können."

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 7.7.2000
"Minifräser auf dem Vormarsch"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 16.6.2000
"Zerreißprobe für Nanoröhrchen"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 8/98, Seite 16
"Kohlenstoff-Cannelloni – die kommenden Chips?"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)