Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Röhren sortieren in der Nano-Welt

04.07.2003


Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt Verfahren, um metallische von nichtmetallischen Nanoröhren zu trennen


Illustration der Versuchsanordnung zur Trennung von Nanoröhren unterschiedlichen Typs. Die metallischen Nanoröhren (schwarz) werden aus einer Suspension zwischen den Mikroelektroden abgeschieden, die halbleitenden (weiß) verbleiben in der Lösung



Kohlenstoff-Nanoröhren gelten als Schlüsselmaterialien der Nanotechnologie, insbesondere der Nanoelektronik. Bei der Herstellung der Nanoröhren entsteht aber immer ein Gemisch zweier verschiedener Typen von Röhrchen mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften: Metalle und Halbleiter. Das stellte die Forscher bisher vor unlösbare Probleme und schränkte die Anwendung von Nanoröhren stark ein. Wissenschaftler aus dem Institut für Nanotechnologie des Forschungszentrums Karlsruhe haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Nanoröhren sortieren lassen. Dabei werden die metallischen von den halbleitenden Röhrchen in einem elektrischen Wechselfeld getrennt. Die nun sortenreinen Röhrchen stehen für weitere Anwendungen zur Verfügung. Die Forscher erwarten dadurch einen wichtigen Impuls für die Entwicklung der Nanoelektronik mit Kohlenstoff-Nanoröhren.



Im Jahr 1991 entdeckte eine japanische Forschergruppe, dass sich Kohlenstoffatome zu winzigen Röhrchen formen können, deren Wände nur eine Atomlage dick sind. Seitdem sind die "Nanoröhren" zu einem der wichtigsten Forschungsobjekte der Nanotechnologie geworden. Insbesondere in der molekularen Elektronik galten sie früh als Grundbausteine elektronischer Bauteile. Diese Erwartung erfüllte sich allerdings nur in Teilen, weil die Nanoröhren eine unangenehme Eigenschaft haben, die eine Verwendung in vielen Bereichen bisher verhinderte: Bei ihrer Herstellung entsteht ein Gemisch aus zwei Typen mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften. Je nach Anordnung der Atome in den Wänden der Röhrchen verhalten sie sich entweder wie Metalle oder wie Halbleiter. Eine Trennung der beiden Typen war bisher nicht möglich.

Wissenschaftlern aus dem Institut für Nanotechnologie des Forschungszentrums Karlsruhe ist es nun gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Röhrchentypen getrennt werden können. "In einem elektrischen Wechselfeld mit einer Frequenz von 10 Millionen Hertz wandern die metallischen und halbleitenden Nanoröhren in entgegengesetzte Richtungen. Damit können die metallischen Röhrchen abgeschieden werden. Die nichtmetallischen verbleiben in der Lösung", erklären Dr. Ralph Krupke, Physiker, und Dr. Frank Hennrich, Chemiker, die das Problem in einem fächerübergreifenden Ansatz lösen konnten. "Der Trennmechanismus ist ein Nebenprodukt unserer eigentlichen Arbeit, die sich mit den elektrischen Eigenschaften von Nanoröhren beschäftigt. Wir haben dabei festgestellt, dass wir zwischen unseren Elektroden immer nur einen der beiden Röhrchentypen, nämlich den metallischen, einfangen konnten. Das brachte uns auf die Idee, dies zu einer Methode zum Trennen der Röhrchentypen auszubauen."

Das Verfahren lässt sich in drei Schritte aufteilen: Zunächst wird eine wässrige Lösung hergestellt, in der die Röhrchen einzeln vorliegen, das heißt keine "Klumpen" bilden. Diese Lösung wird nun in ein ungleichförmiges (inhomogenes) elektrisches Wechselfeld gebracht. Aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der metallischen und der halbleitenden Röhrchen werden sie in entgegengesetzte Richtungen gezogen (durch so genannte Dielektrophorese) und können abgeschieden werden. Eine anschließende Analyse der Materialeigenschaften (durch Raman-Spektroskopie) zeigt, dass ausschließlich metallische Nanoröhrchen abgeschieden wurden; die nichtmetallischen verblieben in der Lösung.

Das Verfahren wurde vom Forschungszentrum zum Patent angemeldet. Im nächsten Schritt soll es für die Trennung größerer Mengen von Röhrchen weiterentwickelt werden.

Die wissenschaftliche Arbeit wird in einer der nächsten Ausgaben der renommierten amerikanischen Zeitschrift "Science" erscheinen und wurde wegen ihrer Bedeutung schon vorab in "Science Express" veröffentlicht (R. Krupke, F. Hennrich, H. v. Löhneysen and M. M. Kappes: Separation of Metallic from Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes). Sie wird außerdem von einem kommentierenden Artikel begleitet.


Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.

Inge Arnold | idw

Weitere Berichte zu: Nanoröhre Nanotechnologie Röhrchen Röhrchentypen Wechselfeld

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Neues Verfahren bringt komplex geformte Verbundwerkstoffe in die Serie
23.01.2017 | Evonik Industries AG

nachricht Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile
19.01.2017 | Fraunhofer IFAM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie