Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vom Nanodraht zum Nanoröhrchen

14.09.2006
Max-Planck-Forscher aus Halle präsentieren neue Methode zur Herstellung von Nanoröhren

Für hohle Nanokristalle als hocheffiziente Katalysatoren oder Transportbehälter für Wirkstoffe besteht heute ein großer Bedarf. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik in Halle haben jetzt ein neues Verfahren vorgestellt, mit dem sich Nanoröhren aus chemischen Verbindungen in hoher Qualität und in großer Zahl herstellen lassen. Die Forscher nutzen den bei der Diffusion in Festkörpern auftretenden Kirkendall-Effekt aus, um aus Nanodrähten, die aus einer chemischen Verbindung im Kern und einer anderen Verbindung in der Hülle bestehen, Nanoröhren einer noch komplexeren Verbindung herzustellen. Daneben gelang ihnen auch der Nachweis, dass man mit dieser Methode auch Nanodrähte selbst sehr effizient herstellen kann (Nature Materials, August 2006).


Herstellungsweg für Nanoröhren aus Nanodrähten (a). Mit dem Transmissionselektronenmikroskop ist zu sehen, wie sich die Spinell-Nanoröhren nach der thermischen Behandlung von Kern-Hüllen-Nanodrähten aus ZnO und Al2O3 bilden (b, c). Die meisten der erzeugten eindimensionalen Nanostrukturen sind über die gesamte Länge des vorherigen Nanodrahtes hohl. Die Forscher haben freistehende Nanoröhren von bis zu 20 Mikrometer Länge mit Durchmessern von 30 bis 40 Nanometern und Wandstärken von 10 Nanometern erzeugt. Diese zeichnen sich durch eine hervorragende Kristallinität und Gleichmäßigkeit aus. Diese Ergebnisse belegen die allgemeine Anwendbarkeit des Kirkendall-Effekts für die Herstellung von hohlen Nanoobjekten. Bild: Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik

Nanoröhren aus Verbindungsmaterialien können auf ganz verschiedene Weise erzeugt werden - etwa durch Aufrollen von Schichtmaterialien, das Beschichten von Templaten oder das Herauslösen des Kerns aus einem Kern-Hülle-Nanodraht. Doch bei Verbindungsmaterialien, die aus drei Elementen bestehen, zeigen die meisten der bisher verwendeten Methoden Mängel oder Grenzen: Entweder benötigt man geschichtete Materialien oder Template wie poröses Aluminiumoxid, oder die realisierten Nanoröhren haben ein zu kleines Verhältnis von Länge zu Durchmesser. Hinzu kommt, dass die Kristallinität der Nanoröhren bei diesen Methoden unzureichend ist.

Die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik haben nun eine neue, universell einsetzbare Technik vorgestellt, mit der man Nanoröhren aus ternären - also aus drei Elementen bestehenden - chemischen Verbindungen herstellen kann. Die Forscher demonstrierten die Methode am Beispiel von ultralangen, einkristallinen ZnAl2O4 Nanoröhren (Durchmesser: ca. 40 Nanometer, Wandstärke: etwa 10 Nanometer).

... mehr zu:
»Nanodraht »Nanoröhre

Diese Nanoröhren werden durch eine Festkörperreaktion erzeugt, die durch einen Diffusionsprozess vermittelt wird, welcher zwischen ZnO (Kern) und Al2O3 (Hülle) stattfindet, und zwar vermittels Leerstellenaustauschs. Leerstellen sind Stellen im Kristallgitter, an denen ein Gitterplatz unbesetzt ist. Der Kirkendall-Effekt, eine bei Diffusion von Leerstellen vorkommende Asymmetrie der auftretenden Diffusionsgeschwindigkeiten, die zur Bildung von Poren führen kann, haben die Forscher hier zum ersten Male gezielt auf eindimensionale Nanostrukturen angewendet. Aufgrund der besonderen geometrischen Randbedingungen, die infolge der Zylindersymmetrie der Nanodrähte gegeben sind, können die sich bildenden Poren den Nanodraht nicht verlassen, so dass sie sich in der Mittelachse anreichern und am Ende einen Hohlraum in Form einer Röhre ergeben. Die Forscher haben auf diese Weise Nanoröhren des Spinells ZnAl2O4 hergestellt. Spinelle sind Verbindungen des Typs AB2O4, die kubisch kristallisieren und vielfältige Anwendungen, z.B. in der Nachrichtentechnik und Katalyse, finden.

Die neue Methode hat im Vergleich zu anderen Techniken den Vorteil, dass die Poren bzw. Hohlräume nicht vorab speziell erzeugt werden müssen, weshalb man damit sogar komplex geformte, dreidimensionale hohle Nanostrukturen herstellen kann. Außerdem können Nanoröhren mit einem sehr großen Verhältnis von Länge zu Durchmesser erzeugt und in großen Mengen gleichzeitig hergestellt werden, was wiederum für mögliche Anwendungen eine wichtige Voraussetzung ist. Zudem ist das Ausgangsmaterial ZnO (das z.B. auch in medizinischen Salben enthalten ist) physiologisch sehr gut verträglich. Ferner zeichnet sich die Möglichkeit ab, dass man diese Methode auch auf andere ZnO- oder MgO-basierte Spinell-Nanostrukturen mit angepasster chemischer Zusammensetzung und mit entsprechenden interessanten Eigenschaften übertragen kann.

Originalveröffentlichung:

H.J. Fan, M. Knez, R. Scholz, K. Nielsch, E. Pippel, D. Hesse, M. Zacharias; U. Gösele
Monocrystalline spinel nanotube fabrication based on the Kirkendal effect
Nature Materials 5 (2006) 627, August 2006

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Nanodraht Nanoröhre

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neue Harmonien in der Optoelektronik
21.07.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen
20.07.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten