News: Neues aus Nanoland
Schon in ihrer schlichten Kohlenstoff-Ausführung sind sie seit gut zehn Jahren der Renner der Materialwissenschaften. Wie wäre es nun mit ein wenig Edelmetall für Nanoröhrchen?
© (Ausschnitt)
Anfang der neunziger Jahre entdeckten Wissenschaftler das Nanoröhrchen. Ein eigentlich unscheinbarer Vertreter der Familie Kohlenstoff, der es jedoch in sich hat. So ist der Winzling, der es im Durchmesser höchstens auf das Tausendstel eines menschlichen Haares bringt, das stärkste Material, das jemals geschaffen wurde. Ein Stahlseil gleichen Durchmessers könnte da nicht mithalten. Und auch in Sachen Leitfähigkeit – sowohl von elektrischen Ladungen als auch von Wärme – macht den Kohlenstoff-Nanoröhrchen so schnell kein anderes Material etwas vor. Kein Wunder also, dass sich die Röhrchen bei Wissenschaftlern einiger Beliebtheit erfreuen.
Nun kommt etwas Abwechslung in die ewig gleiche Materialzusammensetzung – die zugegebenermaßen schon eine ganz Reihe von Möglichkeiten birgt. Forschern um Israel Rubinstein vom Weizman Institute gelang es, Nanoröhrchen aus einigen Edelmetallen wie beispielsweise Gold und Silber herzustellen. Zwar weisen die Miniatur-Zylinder nicht die für Kohlenstoff so typische sechseckige Graphitgitterstruktur auf, aber immerhin: Sie sind winzig und haben ein Loch in der Mitte.
Herstellen lassen sie sich sogar vergleichsweise leicht – einfacher zumindest als ihre Kohlenstoffpendants. Ausgangsmaterial ist bereits ein äußerst feines Material: Nanopartikel. Diese winzigen Teilchen lassen die Wissenschaftler in Lösung durch ein nanoporöses Aluminiumoxid-Substrat strömen, das sie zuvor chemisch so verändert hatten, dass Edelmetalle daran haften bleiben. Doch erstaunlicherweise bleiben die Nanopartikel nicht nur an den Wänden dieser Schablone kleben, sie finden sich auch untereinander äußerst attraktiv und halten zusammen. Wartet man also ein wenig, dann sind die Hohlräume des Aluminiumoxid-Schwamms von innen mit einer Schicht Edelmetall ausgekleidet – ganz wie von selbst und das bei Raumtemperatur.
Fehlt noch ein letzter Schritt: Um frei vorliegende Nanoröhrchen zu erhalten, muss die Aluminiumoxid-Membran aufgelöst werden – kein Problem für die Chemiker. Und tatsächlich: Übrig bleibt ein ganzer Haufen Edelmetallröhrchen, fast wie ein Knäuel winziger Cannelloni.
Mit der Stabilität dieser Schöpfungen ist es allerdings nicht ganz so weit her, wie bei den Kohlenstoffvertretern. Denn prinzipiell setzen sich die Röhrchen immer noch aus unzähligen Nanopartikeln zusammen, die alles in allem ein recht poröses Gebilde abgeben. Das muss ihnen jedoch nicht zum Nachteil gereichen, im Gegenteil: Ihre vergleichsweise fragil-furchige Hülle bildet eine große Oberfläche. Und das ist gut, etwa um sie als Katalysatoren oder Sensormaterial einzusetzen.
Von Interesse dürfte dabei auch sein, dass sich die Röhrchen nicht nur aus einem einzigen Material, sondern auch aus einer Materialkombination schaffen lassen. So konnten Rubinstein und Co unter anderem auch Gold-Palladium-Exemplare herstellen oder mit Kupfer ummantelte Goldröhrchen. Der Chemiker schwärmt: "Die Herstellung von Nanoröhrchen aus Nanopartikeln ist beispiellos. Wir haben erwartet, dass die Nanopartikel an der Aluminiumoxid-Maske haften – das gelang schon vorher –, wir haben jedoch nicht erwartet, dass sie auch untereinander binden und so Röhrchen bilden."
Das funktioniert interessanterweise ausgerechnet bei Raumtemperatur besonders gut. Eine Hitzebehandlung verhindert gar das Zusammenfinden der Nanopartikel. Eigentlich ungewöhnlich, sorgt doch das Glühen oder so genannte Tempern von Werkstoffen normalerweise dafür, dass sich etwa durch den Abbau von Spannungen die mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften verbessern. Wie auch immer, hier besteht jedenfalls noch Klärungsbedarf, das sieht auch Rubinstein so: "Der ungewöhnliche Prozess [...] ist bislang nicht vollständig verstanden und wird derzeit weiter untersucht."
Nun kommt etwas Abwechslung in die ewig gleiche Materialzusammensetzung – die zugegebenermaßen schon eine ganz Reihe von Möglichkeiten birgt. Forschern um Israel Rubinstein vom Weizman Institute gelang es, Nanoröhrchen aus einigen Edelmetallen wie beispielsweise Gold und Silber herzustellen. Zwar weisen die Miniatur-Zylinder nicht die für Kohlenstoff so typische sechseckige Graphitgitterstruktur auf, aber immerhin: Sie sind winzig und haben ein Loch in der Mitte.
Herstellen lassen sie sich sogar vergleichsweise leicht – einfacher zumindest als ihre Kohlenstoffpendants. Ausgangsmaterial ist bereits ein äußerst feines Material: Nanopartikel. Diese winzigen Teilchen lassen die Wissenschaftler in Lösung durch ein nanoporöses Aluminiumoxid-Substrat strömen, das sie zuvor chemisch so verändert hatten, dass Edelmetalle daran haften bleiben. Doch erstaunlicherweise bleiben die Nanopartikel nicht nur an den Wänden dieser Schablone kleben, sie finden sich auch untereinander äußerst attraktiv und halten zusammen. Wartet man also ein wenig, dann sind die Hohlräume des Aluminiumoxid-Schwamms von innen mit einer Schicht Edelmetall ausgekleidet – ganz wie von selbst und das bei Raumtemperatur.
Fehlt noch ein letzter Schritt: Um frei vorliegende Nanoröhrchen zu erhalten, muss die Aluminiumoxid-Membran aufgelöst werden – kein Problem für die Chemiker. Und tatsächlich: Übrig bleibt ein ganzer Haufen Edelmetallröhrchen, fast wie ein Knäuel winziger Cannelloni.
Mit der Stabilität dieser Schöpfungen ist es allerdings nicht ganz so weit her, wie bei den Kohlenstoffvertretern. Denn prinzipiell setzen sich die Röhrchen immer noch aus unzähligen Nanopartikeln zusammen, die alles in allem ein recht poröses Gebilde abgeben. Das muss ihnen jedoch nicht zum Nachteil gereichen, im Gegenteil: Ihre vergleichsweise fragil-furchige Hülle bildet eine große Oberfläche. Und das ist gut, etwa um sie als Katalysatoren oder Sensormaterial einzusetzen.
Von Interesse dürfte dabei auch sein, dass sich die Röhrchen nicht nur aus einem einzigen Material, sondern auch aus einer Materialkombination schaffen lassen. So konnten Rubinstein und Co unter anderem auch Gold-Palladium-Exemplare herstellen oder mit Kupfer ummantelte Goldröhrchen. Der Chemiker schwärmt: "Die Herstellung von Nanoröhrchen aus Nanopartikeln ist beispiellos. Wir haben erwartet, dass die Nanopartikel an der Aluminiumoxid-Maske haften – das gelang schon vorher –, wir haben jedoch nicht erwartet, dass sie auch untereinander binden und so Röhrchen bilden."
Das funktioniert interessanterweise ausgerechnet bei Raumtemperatur besonders gut. Eine Hitzebehandlung verhindert gar das Zusammenfinden der Nanopartikel. Eigentlich ungewöhnlich, sorgt doch das Glühen oder so genannte Tempern von Werkstoffen normalerweise dafür, dass sich etwa durch den Abbau von Spannungen die mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften verbessern. Wie auch immer, hier besteht jedenfalls noch Klärungsbedarf, das sieht auch Rubinstein so: "Der ungewöhnliche Prozess [...] ist bislang nicht vollständig verstanden und wird derzeit weiter untersucht."
Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.