Nanoteilchen graben kleinste Tunnel der Welt

Für die Herstellung der Tunnel bringen die Forscher Nanopartikel aus Nickel auf Graphit auf, der dann in Anwesenheit von Wasserstoffgas erhitzt wird. Die Oberfläche der wenige Nanometer großen Metallpartikel dient als Katalysator, der die Kohlenstoffatome des Graphits ablöst und mit Wasserstoff zum Gas Methan umbildet. Das Nickelpartikel wird durch Kapillarkräfte in das entstandene „Loch“ gezogen und bohrt sich weiter durch das Material. In den vorliegenden Versuchen ergaben sich Tunnel zwischen einem und fünfzig Nanometer.

Für den stichhaltigen Nachweis der Tunnel nutzten die Forscher Aufnahmen mit Rasterelektronen- und Rastertunnelmikroskopen. „Eigentlich bilden Mikroskope nur die oberen Schichten der Probe ab“, erklärt Maya Lukas vom Institut für Nanotechnologie am KIT. „Dennoch hinterlassen die darunter laufenden Tunnel auch atomare Strukturen auf der Oberfläche. Mittels der detailreichen Rastertunnelmikroskopbilder und Computersimulationen konnten wir diese eindeutig den Nanotunneln zuordnen und deren Verlauf bestimmen“, fügt ihr Kollege Velimir Meded hinzu. Ergänzend konnten die Forscher mit einer Serie von Aufnahmen eines Rasterelektronenmikroskopes aus verschiedenen Perspektiven die Tiefe der Tunnel exakt bestimmen.

Poröser Graphit wird beispielsweise in den Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien genutzt. Die richtige Porengröße des Materials könnte die Ladezeit verkürzen. In der Medizin könnte poröses Graphit als Träger von Medikamenten dienen, die gezielt über einen längeren Zeitraum abgegeben werden. Nutzt man statt Graphit Materialen, die nicht leitend sind, aber einen ähnlichen atomaren Aufbau haben, etwa Bornitrid, wäre es auch denkbar, die Tunnel als Grundgerüst für nanoelektronische Komponenten zu nutzen, etwa neuartige Sensoren oder Solarzellen.

KIT / OD