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F.A.Z. v. 8.12.1999

Nanoröhren in einer Schablone gezüchtet

Von Rainer Scharf

Mit einer Aluminiumschablone, die von winzigen Kanälen durchzogen ist, lassen sich verzweigte Nanoröhrchen aus Kohlenstoff herstellen. Das haben Forscher der University of Toronto kürzlich herausgefunden. Die wenige Nanometer (millionstel Millimeter) dicken und wenige Mikrometer langen, Y-förmigen Moleküle könnten die ersten Bauteile für eine Nanoelektronik aus Kohlenstoff bilden.

Die Nanoröhrchen besitzen aufgrund ihrer Struktur ungewöhnliche elektrische Eigenschaften. Auf ihrer Oberfläche sind die Kohlenstoffatome ähnlich wie beim Graphit zu einem Bienenwabenmuster angeordnet. Je nachdem wie stark das Muster verdrillt ist, zeigen die Röhrchen entweder metallische oder halbleitende Merkmale. Moleküle, die aus Abschnitten mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften bestehen, verhalten sich wie winzige elektrische Bauelemente.

Für die Herstellung der Schablone haben die Forscher zunächst eine homogene Schicht aus hoch reinem Aluminium in ein Elektrolysebad aus Oxalsäure getaucht und eine elektrische Spannung von 50 Volt angelegt. Die Säure ätzte in die Metallschicht winzige Kanäle, die sich zu einem regelmäßigen Muster anordneten. Verringerten die Forscher die Spannung auf 35 Volt, verdoppelte sich deren Zahl. Das führte schließlich dazu, dass sich die Kanäle gabelten. Die Y-förmigen Furchen hatten einen Durchmesser von weniger als 100 Nanometern.

Damit in der Schablone Nanoröhren wachsen konnten, wurden geringe Mengen Kobalt als Katalysator in die Kanäle gefüllt. Dann glühten die Wissenschaftler die Aluminiumschicht aus und ließen sie von einem Gasgemisch aus Stickstoff und Azetylen umströmen. Die Kohlenstoffatome des Azetylens lagerten sich an der Wand der Aluminiumkanäle ab. Dort verbanden sie sich - unterstützt vom Kobalt zu verzweigten Kohlenstoffröhren ("Nature", Bd. 402, S. 253).

Nachdem Jing Li und seine Mitarbeiter die Aluminiumschicht entfernt hatten, untersuchten sie die Y-förmigen Nanoröhren mit einem Elektronenmikroskop. Stamm und Äste bestanden aus mehreren graphitartigen Lagen von Kohlenstoffmolekülen. Der Stamm der Röhren war etwas dicker als die seitlichen Äste. An den Gabelungen gingen Stamm und Aste ohne Bruchstelle ineinander über.

Mit dem Verfahren können die kanadischen Wissenschaftler nun gegabelte Nanoröhren in großen Mengen herstellen. Welche elektrischen Eigenschaften diese Röhren haben und wie sie sich als elektrische Bauelemente nutzen lassen, soll in Kürze untersucht werden. 
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