Materialwissenschaften: Nanoröhrchen als hoch selektive Membranporen

Forscher in den USA haben eine Membran entwickelt, die Poren aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthält. Der Wasser- und Gastransport durch die weniger als zwei Nanometer messenden Durchlässe überstieg theoretische Vorhersagen bei weitem. Wahrscheinlich ist dafür die extrem glatte innere Oberfläche der Röhrchen verantwortlich.

Membran mit Nanoröhrchen-Poren | Der Membran-Chip besteht aus 89 "Fenstern", in denen die Unterlage weggeätzt wurde, wodurch sich die Nanoporen als Durchlässe öffneten. Jedes dieser Fenster hat einen Durchmesser von 50 Nanometern.

Die Forscher um Olgica Bakajin vom Lawrence Livermore National Laboratory ließen auf einem Silizium-Chip zunächst einen Wald aus senkrechten Nanoröhrchen wachsen und füllten dann die Zwischenräume mit einer Siliziumnitrid-Matrix auf. Anschließend ätzten sie gezielt an manchen Stellen die Unterlage weg und öffneten so die Nanoporen-Durchlässe.

Membran in Nahaufnahme | Eine Nahaufnahme der durchlässigen Membranbereiche: Der Ausschnitt zeigt einen schärferen Blick auf ein solches "Fenster", in dem Nanoröhrchen die Porenfunktion übernehmen.

Als die Wissenschaftler den Gas- oder Wasserdurchfluss maßen, kamen sie auf hundert- bis zehntausendfache Geschwindigkeiten gegenüber den theoretisch zu erwartenden Werten. Die Durchlässigkeit der neuen Membran liegt damit deutlich über der herkömmlicher Polykarbonat-Materialien, obwohl die Porendurchmesser um mehrere Größenordnungen kleiner sind. Ihre neue Membran könnte sich daher beispielsweise in Entsalzungsanlagen oder der Trinkwasseraufbereitung bewähren, spekulieren Bakajin und ihr Team.