News: Nanoröhren mit Henkel
Winzige Röhren aus Kohlenstoff bilden die Grundlage für die Entwicklung zahlreicher neuer Technologien. Die bunte Mischung, die bei der Produktion immer entsteht, auseinander zu sortieren, stellt eine schwierige Aufgabe dar - doch jetzt ist ein Lösungsansatz gefunden.
Als Aschenputtel Linsen aus der Asche sortieren musste, halfen ihr die kleinen Tauben: Die guten ins Töpfchen, die schlechten ins Kröpfchen. Bei der Herstellung von Nanoröhrchen aus Kohlenstoff müssen sich die Technologen schon selbst helfen.
Es entsteht nämlich bei der Produktion immer ein Sammelsurium von Röhrchen, die sich bezüglich Größe und physikalischer Struktur zwar nur geringfügig unterscheiden. Dies hat aber deutliche Auswirkungen auf ihre elektrischen Eigenschaften: Manche der Röhren sind metallisch, andere halbleitend. Aber damit noch nicht genug: Sie neigen außerdem dazu, wie gekochte Spaghetti aneinander zu kleben. Und weil es bisher nicht möglich war, diese Mischung auseinander zu sortieren, blieben Schaltungen im Molekülmaßstab und mikroskopisch kleine Motoren häufig Zukunftsmusik.
Einen Teil dieses Problems bewältigten Michael Strano von der University of Illinois in Urbana-Champaign und Mitarbeiter schon vor ein paar Jahren, indem sie unter Zuhilfenahme von Tensiden die zusammengeklebten Nanoröhrchen voneinander lösen konnten. So weit, so gut. Zwar keine Klumpen mehr, aber es blieb immer noch die bunte Mischung.
Jetzt konnten die Wissenschaftler aber auch dieses Problem lösen. Für das Unterfangen holte sich Strano Verstärkung durch die Chemiker James Tour und Christopher Dyke von der Rice University in Houston mit ins Boot. Gemeinsam entwickelten sie eine Methode, mit der sie die Röhren nach ihren elektrischen Eigenschaften sortieren konnten.
"Die elektrischen Eigenschaften der Nanoröhren sind durch ihre Struktur bestimmt. Deshalb haben wir eine Möglichkeit, die verschiedenen Röhren festzuhalten, indem wir uns die Unterschiede der elektronischen Struktur zunutze machen", erläutert Strano. Die Idee ist hierbei, an den Röhrchen eine Art chemischen Haltegriff anzubringen, mit dem dann letztendlich diejenigen mit den gewünschten Eigenschaften aus der Mischung rausgefischt werden können, zum Beispiel durch Ausfällung oder Trennung mittels eines elektrischen Feldes.
Als Haltegriff verwendeten die Forscher ein organisches Salz. Dieses gaben sie zu einer wässrigen Lösung, in der sie die Nanoröhren aufgeschlämmt hatten. Bei der nun stattfindenden Reaktion reagierte das Salz fast ausschließlich mit den metallischen Vertretern, das heißt nur an diesen wurden die Henkel befestigt.
Wie Strano erklärt, kann die Reaktion durch Hitzeeinwirkung wieder rückgängig gemacht werden. Man kann also später den Griff wieder entfernen und erhält nach der Trennung die ursprünglichen Nanoröhren zurück.
Es entsteht nämlich bei der Produktion immer ein Sammelsurium von Röhrchen, die sich bezüglich Größe und physikalischer Struktur zwar nur geringfügig unterscheiden. Dies hat aber deutliche Auswirkungen auf ihre elektrischen Eigenschaften: Manche der Röhren sind metallisch, andere halbleitend. Aber damit noch nicht genug: Sie neigen außerdem dazu, wie gekochte Spaghetti aneinander zu kleben. Und weil es bisher nicht möglich war, diese Mischung auseinander zu sortieren, blieben Schaltungen im Molekülmaßstab und mikroskopisch kleine Motoren häufig Zukunftsmusik.
Einen Teil dieses Problems bewältigten Michael Strano von der University of Illinois in Urbana-Champaign und Mitarbeiter schon vor ein paar Jahren, indem sie unter Zuhilfenahme von Tensiden die zusammengeklebten Nanoröhrchen voneinander lösen konnten. So weit, so gut. Zwar keine Klumpen mehr, aber es blieb immer noch die bunte Mischung.
Jetzt konnten die Wissenschaftler aber auch dieses Problem lösen. Für das Unterfangen holte sich Strano Verstärkung durch die Chemiker James Tour und Christopher Dyke von der Rice University in Houston mit ins Boot. Gemeinsam entwickelten sie eine Methode, mit der sie die Röhren nach ihren elektrischen Eigenschaften sortieren konnten.
"Die elektrischen Eigenschaften der Nanoröhren sind durch ihre Struktur bestimmt. Deshalb haben wir eine Möglichkeit, die verschiedenen Röhren festzuhalten, indem wir uns die Unterschiede der elektronischen Struktur zunutze machen", erläutert Strano. Die Idee ist hierbei, an den Röhrchen eine Art chemischen Haltegriff anzubringen, mit dem dann letztendlich diejenigen mit den gewünschten Eigenschaften aus der Mischung rausgefischt werden können, zum Beispiel durch Ausfällung oder Trennung mittels eines elektrischen Feldes.
Als Haltegriff verwendeten die Forscher ein organisches Salz. Dieses gaben sie zu einer wässrigen Lösung, in der sie die Nanoröhren aufgeschlämmt hatten. Bei der nun stattfindenden Reaktion reagierte das Salz fast ausschließlich mit den metallischen Vertretern, das heißt nur an diesen wurden die Henkel befestigt.
Wie Strano erklärt, kann die Reaktion durch Hitzeeinwirkung wieder rückgängig gemacht werden. Man kann also später den Griff wieder entfernen und erhält nach der Trennung die ursprünglichen Nanoröhren zurück.
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