Kohlenstoff-Nanotubes zeigen überraschende Reibungseigenschaften
Untersuchungen ergaben einen höheren Reibwert in Querrichtung als in paralleler Richtung
Reibungskräfte sind bei einer Vielzahl von Vorgängen in unserem täglichen Leben, wie z. B. beim Spielen von Streichinstrumenten, beim Tangotanzen und beim Autofahren von Bedeutung. Molekulare Nanoröhren aus Kohlenstoff, sogenannte Kohlenstoff-Nanotubes, sind bekannt für ihre hervorragenden thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Über ihre Reibungseigenschaften war bisher sehr wenig bekannt. Die Wissenschaftler von der Universität Hamburg, aus Italien und den USA kamen nun zu überraschenden Ergebnissen: Mit Hilfe eines Rasterkraft-Mikroskops untersuchten sie die Reibungskräfte parallel und quer zur Nanotube-Achse. Erstaunlicherweise fanden sie einen bis zu 20-mal höheren Reibwert in Querrichtung als in paralleler Richtung.
Abb.: Bei der Bewegung der Sonde eines Rasterkraftmikroskops entlang der Längsachse eines Kohlenstoff-Nanotubes wird die Reibung weitgehend von steifen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen verursacht und das Nanotube wird kaum deformiert (links). Bei einer Bewegung senkrecht zur Längsachse des Nanotubes kommt eine Gesamtverformung des Nanotubes hinzu, die eine weitere Quelle für Reibungverluste darstellt (rechts). (Bild: Lucas et al./Uni Hamburg)
Die Untersuchungen ergaben, dass nicht nur die elastischen Verformungen der steifen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen eine Rolle spielen, sondern auch eine viel weichere Gesamtbewegung der Kohlenstoff-Röhrchen, ähnlich einem "verhindertem Rollen". Diese "Weichheit" ist die Quelle der zusätzlichen Reibungsverluste in Querrichtung und damit der erhöhten Reibung.
Die Erkenntnisse helfen, die mechanischen Eigenschaften von Nanotubes besser zu verstehen und ihre hervorragenden thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften besser auszunutzen. Die Kohlenstoff-Nanotubes könnten so in vielen Anwendungsbereichen der Materialwissenschaft, z. B. in der Medizintechnik, im Flugzeugbau oder auch in der Elekronik, neue Herstellungsverfahren einleiten.
Universität Hamburg
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