Nanotechnologie-Weltrekord

Nanoteilchen graben die kleinsten Tunnel der Welt

25.01.13 | Redakteur: Thomas Kuther

Graphit besteht aus in Schichten angeordneten Kohlenstoffatomen; vom Rand dieser Schichten aus gräbt sich ein Metallpartikel in die Graphitprobe
Graphit besteht aus in Schichten angeordneten Kohlenstoffatomen; vom Rand dieser Schichten aus gräbt sich ein Metallpartikel in die Graphitprobe (Bild: KIT/CFN)

Wissenschaftlern ist es gelungen, mithilfe winziger Metallkugeln in Graphit kleinste Tunnel zu ätzen. Poröser Graphit mit der richtige Porengröße könnte die Ladezeit von Akkus verkürzen und in der Medizin als Träger von Medikamenten dienen, die gezielt über einen längeren Zeitraum abgegeben werden.

Nur wenige Nanometer breit sind die kleinsten Tunnel der Welt. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der US-amerikanischen Rice University haben die Tunnel in einer Probe Graphit angelegt. Damit wird es nun möglich, auch das Innere von Werkstoffen mittels Selbstorganisation im Nanometerbereich zu strukturieren und nanoporösen Graphit für Anwendungen in Medizin und Batterietechnik maßzuschneidern. In der Fachzeitschrift nature communications stellen sie ihre Ergebnisse nun vor. (DOI: 10.1038/ncomms2399)

Kapillarkräfte ziehen das Nickelpartikel ins entstandene „Loch“

Für die Herstellung der Tunnel bringen die Forscher Nanopartikel aus Nickel auf Graphit auf, der dann in Anwesenheit von Wasserstoffgas erhitzt wird. Die Oberfläche der wenige Nanometer großen Metallpartikel dient als Katalysator, der die Kohlenstoffatome des Graphits ablöst und mit Wasserstoff zum Gas Methan umbildet.

Das Nickelpartikel wird durch Kapillarkräfte in das entstandene „Loch“ gezogen und bohrt sich weiter durch das Material. In den vorliegenden Versuchen ergaben sich Tunnel zwischen 1 und 50 nm, was etwa 1/1000 eines Haares entspricht. Für den stichhaltigen Nachweis der Tunnel nutzten die Forscher Aufnahmen mit Rasterelektronen- und Rastertunnelmikroskopen.

Mikroskope zeigen nur die oberen Schichten der Probe

„Eigentlich bilden Mikroskope nur die oberen Schichten der Probe ab“, erklären die beiden Hauptautoren der Studie, Maya Lukas und Velimir Meded vom Institut für Nanotechnologie am KIT. „Dennoch hinterlassen die darunter laufenden Tunnel auch atomare Strukturen auf der Oberfläche. Mittels der detailreichen Rastertunnelmikroskopbilder und Computersimulationen konnten wir diese eindeutig den Nanotunneln zuordnen und deren Verlauf bestimmen.“ Ergänzend konnte mit einer Serie von Aufnahmen eines Rasterelektronenmikroskopes aus verschiedenen Perspektiven die Tiefe der Tunnel exakt bestimmt werden.

Nanotunnel als Grundgerüst für nanoelektronische Komponenten

Poröser Graphit wird beispielsweise in den Elektroden von Lithium-Ionen-Akkus genutzt. Die richtige Porengröße des Materials könnte die Ladezeit verkürzen. In der Medizin könnte poröses Graphit als Träger von Medikamenten dienen, die gezielt über einen längeren Zeitraum abgegeben werden. Nutzt man statt Graphit Materialen, die nicht leitend sind, aber einen ähnlichen atomaren Aufbau haben, etwa Bornitrid, wäre es auch denkbar, die Tunnel als Grundgerüst für nanoelektronische Komponenten zu nutzen, etwa neuartige Sensoren oder Solarzellen.

An der genannten Studie waren die Arbeitsgruppen von Pulickel M. Ajayan von der Rice University, USA, sowie von Ralph Krupke und Wolfgang Wenzel beteiligt, die am KIT forschen.

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Kommentar abschicken

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 37732620 / Stromversorgungen)

Analog IC Suchtool

e-Paper kostenlos lesen

ELEKTRONIKPRAXIS 23/2016

ELEKTRONIKPRAXIS 23/2016

Prozessoren und Tools für kompakte Bildverarbeitung

Weitere Themen:

Oszillatoren für sichere Bordnetze
Redesign für Health Care

zum ePaper

zum Heftarchiv

Embedded Software Engineering

Embedded Software Engineering

Entwicklung und Zertifizierung deutlich vereinfacht

Weitere Themen:

User Experience Design und agile Methoden
IoT-Sicherheit muss auf Vertrauen basieren
So sieht zukunftsfähige Embedded- Entwicklung aus

zum ePaper

zum Heftarchiv