Belastbares Garn aus Nanoröhrchen

Neuer Herstellungsprozess mit Laser-Unterstützung liefert erstes Garn für praktische Nutzung: ein Baumwolle ähnliches Gespinst aus Bor-Nitrid-Fasern

Am Faden aus Bor-Nitrid-Nanoröhrchen hängt ein Vierteldollar
Am Faden aus Bor-Nitrid-Nanoröhrchen hängt ein Vierteldollar

Hampton (USA) - Wie feine Baumwolle wirkt die Handvoll Fasern, die US-Forscher mit einer neuen Produktionsmethode aus Nanoröhrchen erzeugten: die ersten solchen Fasern, so die Forscher, die lang genug sind für den praktischen Einsatz in der Alltagswelt. Sie lassen sich per Hand zu einem Millimeter dicken Faden zusammendrehen und können leichte Gewichte halten. Die Nanoröhrchen aus Bornitrid sind von hoher Qualität und mit einem Millimeter rund hundert Mal länger als bisherige, berichten die Forscher im Fachblatt "Nanotechnology". Als nächstes arbeiten sie daran, die Methode im größeren Maßstab zu nutzen und testen die Eigenschaften ihrer Fasern. Das Garn soll sich künftig mit herkömmlichen Textilmaschinen verarbeiten lassen, ihm winkt ein Einsatz in unterschiedlichsten Bereichen, von robuster Schutzkleidung über Solarzellen bis zu medizinischen und Raumfahrtanwendungen.

"Bisher konnten Labore wirklich gute, aber kurze Nanoröhrchen herstellen oder wirklich schlechte, die lang waren. Wir haben eine Technik entwickelt, die wirklich gute macht, die wirklich lang sind", erklärt Mike Smith, Wissenschaftler am Langley Research Center der NASA. Gemeinsam mit Forschern an der staatlichen Thomas Jefferson National Accelerator Facility und dem National Institute of Aerospace entwickelte das Langley-Team die neue Herstellungsmethode: In einer Druckkammer voll gasförmigen Stickstoffs richteten sie den Strahl eines Freien-Elektronen-Lasers (1,5 Kilowatt) auf eine Pulvertablette des seltenen Halbmetalls Bor. Durch Drehen erzielten die Forscher ein gleichmäßiges Erhitzen des Elements, das zu einer feinen Wolke gasförmigen Bors verdampfte. An einem eingeschobenen gekühlten Metalldraht kondensierte es wieder, zu flüssigem Bor, woraufhin die Tröpfchen mit dem Stickstoff reagierten und lange ein- und mehrwandige Bornitrid-Nanoröhrchen (BNNT) formten. Im zweiten Schritt wiederholten die Forscher den Vorgang mit einem handelsüblichen Schweißlaser.

Die Kontrolle per Transmissionselektronenmikroskop zeigte, dass die hochkristallinen Nanoröhrchen bis zu einem Millimeter lang sind, aber im Schnitt einen Durchmesser von nur wenigen Mikrometern haben. Die meisten sind zwar mehrwandig, bestehen aber aus nur sehr wenigen Schichten, und auch einwandige Nanoröhrchen kommen vor. Aktuell präsentierte das Team seine Ergebnisse auch auf der Herbstkonferenz 2009 der Materials Research Society.