Live-Aufnahmen von wachsenden Nanoröhren an pulsierendem Katalysator

Schon heute entstehen erste Fabriken, um winzige Nanoröhrchen aus Kohlenstoff im Tonnenmaßstab herzustellen. Lässt ihre Anwendung in Computerchips oder hochempfindlichen Sensoren noch auf sich warten, könnten sie schon bald in vielen Komposit-Materialien ? Kunststoffen oder funktionellen Keramiken ? den klassisch verwendeten Ruß ersetzen. Dänische Physiker konnten nun erstmals diese Hoffnungsträger der Nanotechnologie beim Wachstum beobachten. In der Fachzeitschrift Nature (Vol. 427, S. 426) berichten sie, dass so wertvolle Hinweise für die gezielte Synthese dieser und anderer Nanomaterialien gewonnen werden könnten.
"Kohlenstoff-Nanofasern entwickeln sich durch eine reaktionsabhängige Umformung von Nickel-Nanokristallen", erklären Stig Helveg von der Katalysator-Firma Haldor Topsoe und Kollegen von der Technischen Universität von Dänemark in Lyngby. Diese Nickel-Wachstumskeime messen gerade mal 20 Millionstel Millimeter (Nanometer). In einer rund 500 Grad Celsius heißen Methan-Atmosphäre lagern sich einzelne Kohlenstoffatome Lage für Lage an diesem Nanokatalysator an und lassen das winzige Röhrchen langsam bis auf Millimeterlänge anwachsen. Unter dem Elektronenmikroskop erkannten Helveg und Kollegen nun, dass sich das mikroskopische Nickelkörnchen dabei abwechselnd ausdehnt und wieder zusammenzieht.

Ist das Nickelkörnchen auseinander gezogen, setzen sich die Kohlenstoffatome ringförmig daran ab und verbinden sich. Darauf zieht sich der Nanokatalysator wieder zusammen und macht sich damit frei für die nächste Reihe von Kohlenstoffatomen. Anhand dieser Beobachtung lässt sich auch erklären, warum Nickelkörnchen zwischen 5 und 20 Nanometer am besten als Wachstumskeim geeignet sind. Größere Partikel sind schlicht und einfach nicht so elastisch und können sich nicht so leicht verformen. Mit diesen Ergebnisse hoffen die Wissenschaftler nun, die Synthese von Nanoröhrchen besser beeinflussen zu können. Ein großes Ziel ist es dabei, Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit explizit bestimmbaren Eigenschaften, zum Beispiel halbleitend oder leitend, herzustellen. Bisher entsteht in den Syntheselabors immer eine wirre Mischung beider Röhrchentypen.
Jan Oliver Löfken


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