Wenn Kohlenstoffnanoröhren in einen Kunststoff eingebettet werden, so nimmt dessen mechanische Belastbarkeit oftmals um mehrere Größenordnungen zu. US-Forscher haben nun herausgefunden, dass dies mit einem ausgeklügelten Mechanismus der Nanoröhren zur Selbstheilung zusammenhängt. Ein ähnliches Prinzip könnte auch in der Biologie zur Erhöhung der Stabilität von Zellbausteinen eingesetzt werden, spekulieren die Forscher.
Obwohl sie nur wenige Nanometer dünn sind, weisen Kohlenstoffnanoröhren eine erstaunliche mechanische Belastbarkeit auf. Wenn die Röhren hohen mechanischen Spannungen ausgesetzt werden, kommt es zwar in der Tat zu Rissen, allerdings heilen diese in der Regel wie von selbst aus. Eine Forschergruppe um Boris Yakobson hat nun mittels umfangreicher Computersimulationen den Hintergrund dieses Phänomens aufgedeckt.
Die Forscher simulierten in ihren Berechnungen mehrere Mikrometer lange Kohlenstoffnanoröhren mit einem auf atomarer Dynamik beruhenden Modell. Dabei wurden die Bewegungen einzelner Atome entlang der Röhre direkt aus den wirkenden Kräften berechnet.
Sobald sich ein Riss in der Röhre ausbildet, wird den Simulationen zufolge eine Phalanx aus Kohlenstoffringen aus der Röhre freigesetzt, die sich an dieser entlang bewegen kann. Diese Sanitätergruppe kann dann die chemischen Bindungen einzelner Kohlenstoffatome zu beiden Seiten des Risses quasi umklappen und diesen so heilen.
Yakobson betont, dass seine Simulationen erst noch in Experimenten überprüft werden müssen. Diese werden wohl relativ schwierig sein, doch die für die Berechnungen verwendeten mathematischen Algorithmen haben sich schon in vielen anderen Situationen bewährt.
Feng Ding (Rice-Universität, Houston) et al.: Physical Review Letters, Bd. 98, Artikel 075503 Stefan Maier