Nanoröhren gezielt wachsen lassen

Neuer Ansatz gibt Kohlenstoff-Nanoröhren die gewünschte Struktur

Sie sind leicht, aber zugleich fester als Stahl, als Halbleiter sind sie leistungsfähiger als Silizium und sie leiten Elektrizität besser als Kupfer: Kohlenstoff-Nanoröhren. Erstmals ist es einem internationalen Forscherteam unter Beteiligung der FAU gelungen, gezielt einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren wachsen zu lassen. Ihr Ansatz soll den Weg hin zu neuen Materialien ebnen, die für Licht-Detektoren, Photovoltaik-Bauteile, Transistoren oder Sensoren eingesetzt werden könnten.*

In den vergangenen Jahren sind einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (SWCNT) wegen ihrer außergewöhnlichen thermischen, mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften zunehmend in den Fokus der Wissenschaft gerückt. Aktuell erscheinen sie als das geeignetste Material, um der Mikroelektronik den Weg in den Nanometerbereich zu ebnen. Doch bislang fehlt eine geeignete Methode, mit der sich Nanoröhren mit den gewünschten Eigenschaften einfach, zuverlässig und in großem Maßstab herstellen lassen.

Die Kohlenstoff-Nanoröhren bestehen aus einer einlagigen Kohlenstoffschicht, die die Form eines Zylinders hat. Welche Eigenschaften die Röhrchen haben, hängt dabei vor allem von zwei Faktoren ab: zum einen vom Durchmesser der Röhre – er liegt bei etwa einem Nanometer – und zum anderen von der sogenannten Chiralität, das bedeutet, ob und wie das wabenförmige Kohlenstoffgitter relativ zur Röhrenachse verdreht ist. Damit die Nanoröhren jedoch für den industriellen Einsatz in elektronischen Bauelementen interessant werden, müssen sie je nach Einsatzzweck, beispielsweise als Leiter oder Halbleiter, gezielt hergestellt werden können und überdies möglichst defektfrei sein.

Einem Team von Wissenschaftlern unter der Führung von Dr. Konstantin Amsharov, Lehrstuhl für Organische Chemie II, und seinem Kollegen Prof. Dr. Roman Fasel, Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, ist es nun gelungen, einwandige und weitgehend störungsfreie Kohlenstoff-Nanoröhren mit einer definierten Chiralität aus molekularen Vorstufen kontrolliert herzustellen. Diese Vorläufermoleküle bilden auf einer Platinoberfläche eine Art Keim, mit dessen Hilfe flach angeordnete Kohlenstoffatome zu einer Röhre emporwachsen. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sie in Kürze genügend dieser Nanoröhren vorliegen haben, um sie detaillierten Experimenten zu unterziehen und auf ihre Einsatzmöglichkeiten zu prüfen.

*doi:10.1038/nature13607
J.R. Sanchez-Valencia, T. Dienel, O. Gröning, I. Shorubalko, A. Mueller, M. Jansen, K. Amsharov, P. Ruffieux, R. Fasel, „Controlled synthesis of single-chirality carbon nanotubes“, Nature, 2014, 512, 61-64.

Weitere Informationen:

Dr. Konstantin Amsharov
Tel.: 09131 /85-67482
konstantin.amsharov@fau.de