Folie aus Nanoröhrchen

Folie aus Nanoröhrchen

Physik Journal - Mehrwandige Nanoröhrchen lassen sich zu einer fünf Zentimeter breiten und mehrere Meter langen Gewebefolie zu verarbeiten.

Nanoröhrchen aus Kohlenstoff bestechen durch ihre physikalischen Eigenschaften: Sie sind extrem widerstandsfähig gegen aggressive Chemikalien und um ein Vielfaches reißfester als Stahl. Mehrwandige Nanoröhrchen leiten zudem den elektrischen Strom besser als Kupfer und Silber. Dementsprechend vielseitig sind auch mögliche Anwendungen. Die winzigen Zylinder lassen sich mittlerweile wie Wollfasern zu Garnen verarbeiten und nach Belieben verdrillen, verflechten und verknoten. Nun ist es amerikanischen Forschern von der University of Texas gelungen, mehrwandige Nanoröhrchen zu einer fünf Zentimeter breiten und mehrere Meter langen Gewebefolie zu verarbeiten.

Die Wissenschaftler um Ray Baughman hatten bereits im vergangenen Jahr mit einem speziellen Spinnverfahren fünf Mikrometer dicke Fäden mit einer Länge von etwa einem Meter hergestellt. Nun ist es der Forschergruppe gelungen, auch transparente Bänder zu produzieren. Die Forscher haben dafür zunächst zehn Nanometer dicke und 70 bis 300 Mikrometer lange Nanoröhrchen in einer heißen Acethylen-Atmosphäre auf einer Oberfläche wachsen lassen. An eine Seite der dicht bestückten Unterlage hefteten sie einen klebenden Streifen. Indem sie daran zogen, rissen sie eine Reihe mit Millionen von Nanoröhrchen aus der Oberfläche heraus. Diese verhakten sich mit der nächsten Reihe usw. Auf diese Weise formte sich bei einer Zuggeschwindigkeit von über sieben Metern pro Minuten ein rund fünf Zentimeter breites und etwa zwanzig Mikrometer dünnes Band.

Aus Nanoröhrchen lassen sich nun meterlange Bänder herstellen, die äußerst dünn, transparent und reißfest sind. (Foto: Zhang. et al., Univ. of Wisconsin)

Dieses konnte Flüssigkeitstropfen tragen, die rund 50.000 Mal so schwer waren wie das Nanomaterial selbst. Um die Stabilität zu erhöhen, legten die Forscher achtzehn der hauchdünnen Schichten übereinander. Dadurch ist ein robustes Band entstanden, dessen Festigkeit mit 175 Megapascal sogar hochfesten Stahl (125 Megapascal) überragt, dabei aber nur einen Bruchteil von dessen Gewicht aufweist und noch äußerst flexibel ist.

Wegen dieser Vorteile könnte der Werkstoff eine Alternative zu anderen hochfesten Fasern wie Kevlar sein. Außerdem zeigen die Kohlenstoff-Bänder nur einen geringen elektrischen Widerstand und beginnen zu leuchten, sobald ein Strom sie durchfließt. Daher könnten sie kleine Leuchtstoffröhren ersetzen, die bisher zur Hintergrundbeleuchtung in Flüssigkristall-Monitoren verwendet werden. Sogar für flexible Solarzellen auf der Basis von organischen Halbleitermolekülen könnte die Nanofolie als leitfähiges Trägermaterial dienen.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, Oktober 2005, S. 16

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  M. Zhang et al., Science 309, 1215 (2005).