Produktion von meterlangen Nanoschnüren erscheint möglich

Neue Produktionsmethode erzeugt Bündel langer einwandiger Kohlenstoff-Nanoröhrchen zwischen zwei Flächen.

Drachenschnüre im Nanomaßstab
Drachenschnüre im Nanomaßstab

Houston (USA - Endlos lange Fäden aus Nanoröhrchen sind der Traum vieler Ingenieure - jetzt sind ihm US-Forscher einen Schritt näher gekommen: Ihr Herstellungstrick liefert dichte Bündel von Nanosträngen, die wie die Schnüre großer japanischer Drachen von einer kleinen Fläche nach unten hängen. Die Methode namens "Odako", benannt nach ostasiatischen Lenkdrachen mit vielen Leinen, liefert lange, dichte Bündel einwandiger Kohlenstoff-Nanoröhrchen (single wall nanotubes, SWNT). Während einzelne dieser Röhrchen normalerweise kleiner sind als eine einzelne Zelle, produziert die Odako-Methode zentimeterlange Bündel und erreicht eine mehrere hundert Mal höhere Ausbeute als bisherige Produktionsverfahren. Künftig könnte daraus sogar eine Massenproduktion von Endlos-Strängen werden, hoffen die Forscher im Fachblatt "Nano Research" - ähnlich Kunstfasern, die kontinuierlich aus einer Flüssigkeit gezogen werden. Zahlreiche Anwendungsfelder warten auf die leichtgewichtigen, elektrisch leitenden Fasern, von extrem robusten Kohlefasermaterialien bis zu hocheffizienten Stromleitungen für künftige Elektrizitätsnetze, für Brennstoffzellen, Akkus und Mikroelektronik.

"Wenn wir diese wachsen lassen könnten, ohne dass sie je stoppen - so dass man ein Ende aus dem Ofen zieht, während das andere Ende innen noch weiterwächst -, dann sollte man Meter lange Materialien herstellen können und sie zu weben beginnen", erklärt Bob Hauge, Chemieprofessor an der texanischen Rice University. Gemeinsam mit Chemiker- und Physiker-Kollegen am dortigen "Institute for Nanoscale Science and Technology" kombinierte er in der Odako-Methode zwei Produktionsprozesse: das Spitzenwachstum für einwandige Kohlenstoffnanoröhrchen und ihr Basiswachstum mithilfe von Aluminiumoxid. Im Ergebnis bilden sich die Röhrchen zwischen Untergrund und schwebenden Katalysatorflocken, was sie wie Stränge von Vielleinen-Drachen aussehen lässt.

Hauges Team hatte mit einer Druckmethode hauchdünne Lagen aus Eisen und Aluminiumoxid auf einer Kohlenstoff-Oberfläche hergestellt. In kleine Flocken zerteilt und in einer Ofenkammer einer Atmosphäre aus verdampftem Kohlenstoff sowie Wasserstoff und Acetylen ausgesetzt, heben sich die metallischen Flocken in die Höhe, während zwischen ihnen und der Basis dichte Bündel aus einwandigen Nanoröhrchen wachsen. Die Odako-Technik ist nicht nur eine neuartige Methode, um SWNT-Felder herzustellen, schreiben Hauge und Kollegen, sie "liefert auch einen Weg zu künftigen Entwicklungen vieler wichtiger Anwendungen für dicht angeordnete SWNT-Felder".