09.03.2010 - Physik

Energiewelle reißt Elektronen mit sich

Forscher entdecken in Nanoröhren bisher unbekannten Effekt zur Entstehung von elektrischem Strom

Physiker aus den USA haben ein bisher unbekanntes Phänomen entdeckt, bei dem sich eine Energiewelle mit hoher Geschwindigkeit in einem Material ausbreitet und dabei einen elektrischen Strom erzeugt. Der Effekt trat bei der Untersuchung sogenannter Nanoröhren auf – aus Kohlenstoffatomen zusammengesetzte, nur Millionstel Millimeter dicke Röhren – und könnte sowohl in winzigen elektronischen Bauteilen als auch zur Energieversorgung größerer Systeme genutzt werden.

Kohlenstoffnanoröhren haben sich als vielseitig nutzbare, elementare Bausteine erwiesen. Grafik: Schwarzm, wikipedia.de, GNU-Lizenz

Die Forscher beobachteten in ihren Experimenten Nanoröhren, die mit einer sehr reaktiven Substanz, die sonst auch in Sprengstoffen eingesetzt wird, beschichtet waren. Diese Substanz wurde an einem Ende der Nanoröhre entzündet, so dass sich die Reaktion wie eine Flamme auf einer Zündschnur entlang des Röhrchens ausbreitete. Doch die Reaktion bewirkte noch einen weiteren, unerwarteten Effekt: Durch die Hitze erwärmte sich auch das Nanoröhrchen um rund 3.000 Kelvin und es entstand eine Hitzewelle, die sich auf der Röhre 10.000-mal schneller fortbewegte als die Flamme der chemischen Reaktion des Sprengstoffs. Wie eine Ozeanwelle, die Treibgut ans Land spült, riss diese Temperaturwelle Elektronen aus dem Material mit und erzeugte so einen elektrischen Stromfluss, beobachteten die Forscher.

"Wir waren überrascht von der Größe der elektrischen Spannungsspitzen, die so erreicht werden konnten", erklärt Michael Strano, einer der beteiligten Forscher. Im Verhältnis zur Masse des eingesetzten Materials könnte mit einem solchen System etwa hundertmal mehr Energie freigesetzt werden als mit einem herkömmlichen Lithium-Ionen-Akku.

Der Effekt könnte daher eingesetzt werden, um elektrische Systeme mit Energie zu versorgen, erklären die Wissenschaftler. Denkbar wäre beispielsweise ein Einsatz in winzigen Sensoren, die in den Körper eingebracht und durch die Wärme des Körpers aktiviert werden. Daher wollen die Wissenschaftler den Effekt näher untersuchen und dabei andere Materialien für die Beschichtung erproben.

Wonjoon Choi (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge) et al.: Nature Materials, doi 10.1038/nmat2714

ddp/wissenschaft.de – Ulrich Dewald