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Winziges Wasserkraftwerk aus Kohlenstoffnanoröhren

Mikroskopisch kleine biomedizinische Geräte der Zukunft könnten ihre eigenen Wasserkraftwerke beherbergen und somit die für ihre Betreibung nötige Elektrizität selbst erzeugen. Grundlage derartiger nur wenige Tausendstel Millimeter großer Kraftwerke sind Kohlenstoffnanoröhren, die durch eine an ihnen vorbeifließende Flüssigkeit eine elektrische Spannung erzeugen. Dieses bereits theoretisch vorhergesagte Phänomen wurde nun erstmals von indischen Wissenschaftlern der Universität von Bangalore experimentell bestätigt. Darüber berichtet der Wissenschaftsnachrichtendienst Science Express.

In dem Experiment von Shankar Ghosh und seinen Kollegen sind zwei Metallelektroden durch ein Bündel aus Kohlenstoffnanoröhren überbrückt. Derartige Röhren weisen Durchmesser von nur wenigen Nanometern (Millionstel Millimetern) auf und sind derzeit ein aktives Forschungsfeld in der Herstellung neuartiger elektronischer Geräte. Die Elektrodenanordnung wurde nun in dem Experiment in eine dünne Glasröhre gebracht, so dass verschiedene Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit an den Röhren vorbeifließen konnten.

Dabei stellten die Forscher fest, dass der Flüssigkeitsfluss in der Tat zu dem Aufbau einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Elektroden führte. Wenn etwa Wasser mit einer Geschwindigkeit von nur 5 Mikrometern pro Sekunde an den Röhren vorbeifloss, so wurde eine Elektrodenspannung von immerhin 0,65 Millivolt erzeugt. Die Wissenschaftler fanden zudem heraus, dass sich die Größe dieser Spannung in der Form eines Logarithmus mit zunehmender Flussgeschwindigkeit erhöhte.

Die genaue Ursache dieser Stromerzeugung ist zwar noch nicht vollends geklärt, die Forscher glauben jedoch, dass der Flüssigkeitsfluss zu Fluktuationen in der Elektronendichte an der Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhren führt. Das von den Gesetzen der Quantenmechanik bestimmte Verhalten dieser Fluktuationen führt dann zu dem Aufbau einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Enden der Kohlenstoffnanoröhren.

Die von Ghosh hergestellte Elektrodenanordnung kann daher als ein sensibler Geschwindigkeitsmesser für Flüssigkeiten eingesetzt werden. Viel interessanter ist jedoch die Möglichkeit, Kohlenstoffnanoröhren als Wasserkraftwerke in zukünftigen biomedizinischen Geräten anwenden zu können. Biomedizinische Implantate könnten so durch den Blutfluss des menschlichen Gefäßsystems ihre Elektrizität selbst erzeugen.

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Stefan Maier
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