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News: Das gleiche in dünn

Ganz dünne Folien aus organischen Polymeren hätte die Industrie gerne, um Bauteile darin einzupacken, Schaltelemente zu isolieren und für ähnliche Zwecke. Bloß ist es nicht damit getan, bekannte Plastikfolien einfach weniger dick herzustellen. Unter Wissenschaftlern war bislang umstritten, ob sich nicht die Materialeigenschaften drastisch ändern, wenn die Schicht zu dünn wird. Zumindest bei Polystyrol, das in Form des aufgeschäumten Styropors weithin bekannt ist, bleibt im wesentlichen alles beim alten, haben nun Wissenschaftler festgestellt.
Gerade 14 Nanometer "dick" war die Folie aus Polystyrol, die Ronald L. Jones, Sanat K. Kumar und ihre Kollegen vom College of Earth and Mineral Sciences der Pennsylvania State University auf glattpolierte Siliciumscheiben gezogen haben. Das Halbleitermaterial haben sie gezielt als Trägersubstanz ausgewählt, weil es durchlässig für Neutronenstrahlen ist. Mit diesen Kernbausteinen beschossen die Wissenschaftler nämlich ihre Proben am National Institute of Standards and Technology. Aus dem Streuwinkel, um den die Neutronen abgelenkt wurden, berechneten sie dann die Größe und Form der Moleküle in der Folie (Nature vom 8. Juli 1999).

In größeren Stücken bilden die Molekülketten so etwas wie Kugeln, die sich zu einem ungeordneten Festkörper ineinander verhaken, erklärt Kumar. "Und Computermodelle deuteten an, daß sich diese Form in dünnen Filmen nicht stark verändert. Indirekte Messungen von anderen Forschern implizierten allerdings, daß diese Annahme nicht korrekt ist." Sollten die Polymermoleküle bei geringen Schichtdicken tatsächlich andere Konformationen einnehmen, dann ist zu vermuten, daß sich auch einige makroskopische Eigenschaften ändern. So könnten die Stärke und Haltbarkeit ebenso beeinflußt werden wie die Durchlässigkeit von kleinen Molekülen oder Licht.

Das Team um Kumar zerstreute im wörtlichen Sinne diese Befürchtungen. Zwar sind die Polystyrol-Kügelchen normalerweise dicker als der nur 14 Nanometer messende Film, doch im wesentlichen rollten die Moleküle sich auch diesmal wieder zu Kugeln zusammen. Nach Ansicht der Wissenschaftler sind die Bällchen diesmal eben nur dichter gepackt und weniger miteinander verfilzt. Das hat natürlich einen Einfluß auf die Eigenschaften des Polymers, ändert dessen Charakter aber nicht so sehr, wie dies eine völlig neue Struktur erzwingen würde. Dieser Fall könnte jedoch durchaus bei noch dünneren Filmen auftreten.

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