Kohlenstoff-Nanoröhren an der Grenze des Machbaren

News: Kohlenstoff-Nanoröhren an der Grenze des Machbaren

Kleiner geht's nun wirklich nicht mehr. Unabhängig voneinander haben je eine Forschergruppe aus Japan und aus China Verfahren zur Herstellung extrem dünner Kohlenstoff-Nanoröhren entwickelt, deren Durchmesser in beiden Fällen nur 0,4 Nanometer beträgt. Damit stoßen sie an die theoretische untere Grenze für derartige Röhren.

Kohlenstoff-Nanoröhren sind mechanisch extrem stabil und – je nach Struktur und Durchmesser – elektrisch leitend oder halbleitend. Die verschiedensten Anwendungsmöglichkeiten für die winzigen Gebilde werden zur Zeit heiß diskutiert. Ob als mechanisches Gleitlager, als Elektroden für submikroskopische Widerstandsmessungen oder als Kanüle in der Medizin beziehungsweise Biologie – glaubt man den Visionären, so ist der Siegeszug der Winzlige nur noch eine Frage der Zeit. Entscheidend für ihre Verwendung und Eigenschaften ist der Durchmesser, und hier ist im Falle von Kohlenstoff bei 0,4 Nanometern Schluss. Unterhalb dieser Größe ist die filigrane Anordnung der Atome energetisch nicht mehr stabil. Zu dieser theoretischen Grenze konnten nun zwei Forschergruppen vorstoßen.

Dem japanischen Forscher Lu-Chang Qin der NEC Corporation und seinen Kollegen ist es gelungen, mehrwandige Kohlenstoff-Röhrchen mit eben diesem kleinsten Durchmesser von 0,4 Nanometern zu produzieren. Hergestellt wurden sie mittels Bogenentladung zwischen zwei Graphitelektroden in einer Wasserstoffatmosphäre. Die Forscher nehmen an, dass sich die Nanoröhren aus vielen halben C₂₀-Dodekaedern bilden, die bei der Bogenentladung im Wasserstoff entstehen (Nature vom 2. November 2000).

Einen anderen Weg der Herstellung beschreitet eine chinesische Forschergruppe um Z. K. Tang von der Hong Kong University of Science and Technology. Ihr gelang es, Nanoröhren ebenfalls mit einem Durchmesser von 0,4 Nanometern mittels Pyrolyse herzustellen. Hierbei wird die chemische Bindung der Ausgangssubstanz Tripropylamin, das in die Kanäle eines porösen Zeolith-Einkristalls (AFI) eingebracht wird, thermisch aufgebrochen. Aus den Molekülfragmenten bilden sich einwandige Nanoröhren. Das umgebende AFI-Gerüst entfernten die Wissenschaftler durch Auflösen in einer Säure, sodass die einzelnen Röhrchen übrig bleiben (Nature vom 2. November 2000).

Da die Forscher jetzt in der Lage sind, Kohlenstoff-Nanoröhren mit Minimaldurchmesser herzustellen, liegt die künftige Aufgabe darin, die physikalischen Eigenschaften genau zu charakterisieren. Erste Messungen des elektrischen Widerstandes zeigen das Verhalten eines ungeordneten, eindimensionalen, metallischen Systems, wie es aufgrund der Geometrie seitens der Theorie vorausgesagt wird.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 10.8.2000
"Ein Spitzer für Nanoröhren"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 2.8.2000
"Die winzigsten Gleitlager der Welt"
Spektrum Brennpunkt-Thema vom 7.8.2000
"Nano ist das Größte"
Spektrum der Wissenschaft 8/98, Seite 16
"Kohlenstoff-Cannelloni – die kommenden Chips?"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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