Nanoröhrchen mal anders

News: Nanoröhrchen mal anders

Noch sind Nanoröhrchen vorwiegend aus Kohlenstoff aufgebaut. Aber das könnte sich bald ändern, denn auch Bornitrid vermag ähnliche Strukturen zu bilden, die zudem chemisch recht stabil sind. Leider ließen sich diese Gebilde noch nicht so leicht herstellen wie ihre Gegenstücke aus Kohlenstoff, und die Analyse war ebenfalls recht knifflig. Nun stellten Forscher eine vergleichsweise einfache Methode vor, Bornitrid-Röhrchen zu synthetisieren und zu charakterisieren.

Thorsten Krome

Wie der Kohlenstoff, so können auch die Elemente Bor und Stickstoff eine röhrenförmige Nanostruktur ausbilden. Jedes Stickstoffatom geht dabei jeweils drei Bindungen mit Boratomen ein, die ihrerseits wieder mit drei Stickstoffatomen binden – ein hexagonales Gitter also. Nun liegt es aber nicht flach in der Ebene sondern ist zu einem Röhrchen aufgerollt. Dabei besitzen die Exemplare aus Bornitrid gegenüber denen aus Kohlenstoff den Vorteil, dass sie weniger schnell oxidieren und außerdem hitzebeständiger sind. Da sie außerdem halbleitend sind, bieten sie sich besonders für elektronische Bauelemente an.

Grundsätzlich unterscheidet sich die Herstellung von Bornitrid- und Kohlenstoff-Röhrchen nicht sonderlich. So nutzt man beispielsweise auch bei Bornitrid die so genannte Bogenentladung zwischen zwei Elektroden. Nur bestehen diese jetzt nicht aus Graphit sondern aus Wolfram, wobei ein Hohlraum in ihnen mit Bornitrid gefüllt ist. Es gibt zwar noch einige andere Verfahren, allen gemein ist jedoch, dass die Ausbeute noch zu wünschen übrig lässt. Man geht aber davon aus, dass ein besseres Verständnis der atomaren Vorgänge beim Wachsen der Strukturen zu effizienteren Methoden führt. Hierbei ist unter anderem von Bedeutung, wie die Enden der Röhrchen – die Kappen – aussehen: Handelt es sich um Ringe, die aus fünf und sieben Atomen bestehen – wie beim Kohlenstoff –, oder bilden Bornitrid-Röhrchen Ringe aus vier und acht Atomen an ihren Enden?

Nun gelang es Laurence Marks und Erman Bengu von der Northwestern University in Evanston Bornitrid-Nanoröhrchen auf einer Wolfram-Oberfläche abzuscheiden und gleichzeitig detaillierte Aufnahmen von ihnen anzufertigen. Dazu schleuderten die Forscher im Ultrahochvakuum Stickstoff- und Boratome mit einer Beschleunigungsspannung zwischen 250 und 500 Volt auf das Wolfram-Substrat. Das Vakuum war nötig, um den Einfluss der Luft bei der Synthese ausschließen zu können. Die Röhrchen wuchsen auf dem Substrat mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Zehntel Nanometer pro Sekunde.

Als die Wissenschaftler ihre elektronenmikroskopischen Aufnahmen mit Computersimulationen verglichen, fanden sie heraus, dass die Kappen am Ende der Nanoröhrchen eine vier- und achtfache Symmetrie haben – anders also als bei den Kohlenstoff-Exemplaren. Weiterhin entdeckten die Forscher, dass die Röhrchen von dem frei baumelnden Ende aus wachsen, nicht von dem das am Substrat klebt.

Pulickel Ajayan vom Rensselaer Polytechnic Institute in Troy hält die Methode von Marks und Bengu für vielversprechend. Mit einer größeren Anlage ließen sich Überzüge aus Bornitrid-Nanoröhrchen im industriellen Maßstab produzieren. Damit könnte beispielsweise die Reibung beweglicher Maschinenteile reduziert werden.