News: Schaumteppich
Auf nassen Sektgläsern bleiben beim Trocknen an der Luft zuweilen unansehnliche Kalkflecken zurück. Ein Teppich aus Nanometer dünnen Röhrchen hinterlässt hingegen viel hübscherer Rückstände - manchmal sogar Sektglas-förmige.
© Nanoröhrchen-Schaumstoff (Ausschnitt)
Haben Sie eine Vorstellung, was sich mit Nanometer dünnen Röhrchen aus Kohlenstoff so alles anfangen lässt? Nun wenn diese Winzlinge nicht ihre Fantasie beflügeln, dann zumindest die von Wissenschaftlern. Dank ihrer außergewöhnlichen physikalischen Eigenschaften mussten Kohlenstoff-Nanoröhrchen schon für so manche mehr oder minder kuriose Idee herhalten. Nicht weniger spannend als all die potenziellen Verwendungszwecke, die Forscher für das viel versprechende Material ersinnen, sind die mannigfaltigen Experimente, die sie mit den Röhrchen veranstalten.
Unter diese Kategorie fällt auch die Arbeit von Nirupama Chakrapani vom Rensselaer Polytechnic Institute und ihren Kollegen. Zwar ist das Experiment selbst nicht sonderlich spektakulär, doch das Ergebnis kann sich durchaus sehen lassen. Aber der Reihe nach: Zunächst haben die Forscher einen Wald aus Nanoröhrchen auf einem Stück Siliciumdioxid gezüchtet – und zwar auf herkömmlichem Wege, in diesem Fall durch chemische Abscheidung aus der Gasphase. Die Ausgangsstoffe für die Röhrchen befanden sich also in der Luft, reagierten miteinander, und auf dem Substrat wuchsen die Röhrchen wie von selbst in den Himmel.
Als nächstes wurden die Winzlinge in einem Sauerstoffplasma oxidiert und anschließend mit einer Reihe von Flüssigkeiten darunter auch Wasser benetzt. Schließlich tauchten Chakrapani und Co den Röhrchenwald gleich ganz unter und ließen das Nass in Ruhe bei Raumtemperatur verdunsten – das eigentliche Experiment.
Was soll dabei schon großartig passieren, könnte man sich fragen, aber siehe da: Je mehr Flüssigkeit dem Säulenwald entschwand, umso stärker kristallisierte sich eine gewisse Struktur heraus. Die Wipfel der Röhrchen fanden zusammen und klebten hie und da durch Kapillarwirkung getrieben und von Van-der-Waals-Kräften gehalten aneinander. Insgesamt entstand ein Muster, das an einen zweidimensionalen Schwamm erinnert: eine löchriger Teppich aus zusammenklebenden Nanoröhrchen.
Aber bei so regellosen Mustern muss es nicht bleiben: Werden die Nanoröhrchen schon zu Anfang schön ordentlich auf geometrisch begrenzte Felder gepflanzt, dann kann auch das Resultat mit deutlich mehr Symmetrie aufwarten. Aus einem breiten Streifen wird beispielsweise ein Strich in der Landschaft. Auf runden Flächen wachsen Figuren zusammen, die entfernt an Sektkelche erinnern. Und regelmäßig angeordnete Löcher im Röhrchenwald erzeugen ein Kachelmuster aus achteckigen und viereckigen Röhrchen-Hecken.
Die Möglichkeiten scheinen schier unbegrenzt. Obendrein lassen sich die fertigen Strukturen leicht von ihrer Unterlage ablösen, und selbst eine Hitzebehandlung bei rund 800 Grad Celsius kann ihnen nichts anhaben. Nicht zu vergessen, dass sie die elastischen Eigenschaften ihrer Bauelemente, der Nanoröhrchen, geerbt haben.
Trotz all der Vielfalt und interessanten Eigenschaften stellt sich natürlich auch hier die Frage nach dem Sinn der Übung. Von sonderlich fantasievollen Idee wissen Chakrapani und ihre Kollegen derzeit zumindest in ihrer Veröffentlichung nicht zu berichten – Grundlagenforschung halt. Sie sehen in dem Röhrchenwald in erster Linie ein attraktives System, "Strukturbildungsprozesse in geordneten Medien zu untersuchen" – eigentlich eine eher trockene Beschreibung angesichts der netten Muster.
Unter diese Kategorie fällt auch die Arbeit von Nirupama Chakrapani vom Rensselaer Polytechnic Institute und ihren Kollegen. Zwar ist das Experiment selbst nicht sonderlich spektakulär, doch das Ergebnis kann sich durchaus sehen lassen. Aber der Reihe nach: Zunächst haben die Forscher einen Wald aus Nanoröhrchen auf einem Stück Siliciumdioxid gezüchtet – und zwar auf herkömmlichem Wege, in diesem Fall durch chemische Abscheidung aus der Gasphase. Die Ausgangsstoffe für die Röhrchen befanden sich also in der Luft, reagierten miteinander, und auf dem Substrat wuchsen die Röhrchen wie von selbst in den Himmel.
Als nächstes wurden die Winzlinge in einem Sauerstoffplasma oxidiert und anschließend mit einer Reihe von Flüssigkeiten darunter auch Wasser benetzt. Schließlich tauchten Chakrapani und Co den Röhrchenwald gleich ganz unter und ließen das Nass in Ruhe bei Raumtemperatur verdunsten – das eigentliche Experiment.
Was soll dabei schon großartig passieren, könnte man sich fragen, aber siehe da: Je mehr Flüssigkeit dem Säulenwald entschwand, umso stärker kristallisierte sich eine gewisse Struktur heraus. Die Wipfel der Röhrchen fanden zusammen und klebten hie und da durch Kapillarwirkung getrieben und von Van-der-Waals-Kräften gehalten aneinander. Insgesamt entstand ein Muster, das an einen zweidimensionalen Schwamm erinnert: eine löchriger Teppich aus zusammenklebenden Nanoröhrchen.
Aber bei so regellosen Mustern muss es nicht bleiben: Werden die Nanoröhrchen schon zu Anfang schön ordentlich auf geometrisch begrenzte Felder gepflanzt, dann kann auch das Resultat mit deutlich mehr Symmetrie aufwarten. Aus einem breiten Streifen wird beispielsweise ein Strich in der Landschaft. Auf runden Flächen wachsen Figuren zusammen, die entfernt an Sektkelche erinnern. Und regelmäßig angeordnete Löcher im Röhrchenwald erzeugen ein Kachelmuster aus achteckigen und viereckigen Röhrchen-Hecken.
Die Möglichkeiten scheinen schier unbegrenzt. Obendrein lassen sich die fertigen Strukturen leicht von ihrer Unterlage ablösen, und selbst eine Hitzebehandlung bei rund 800 Grad Celsius kann ihnen nichts anhaben. Nicht zu vergessen, dass sie die elastischen Eigenschaften ihrer Bauelemente, der Nanoröhrchen, geerbt haben.
Trotz all der Vielfalt und interessanten Eigenschaften stellt sich natürlich auch hier die Frage nach dem Sinn der Übung. Von sonderlich fantasievollen Idee wissen Chakrapani und ihre Kollegen derzeit zumindest in ihrer Veröffentlichung nicht zu berichten – Grundlagenforschung halt. Sie sehen in dem Röhrchenwald in erster Linie ein attraktives System, "Strukturbildungsprozesse in geordneten Medien zu untersuchen" – eigentlich eine eher trockene Beschreibung angesichts der netten Muster.
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