Ein künstlicher Muskel aus Nanoröhrchen

News: Ein künstlicher Muskel aus Nanoröhrchen

Das Zauberwort der Technikbegeisterten heißt zur Zeit 'Nanotechnologie'. Und einer der Favoriten aus dem Miniaturbaukasten sind die Nanoröhren. Mit diesen winzigen Kohlenstoffstäbchen ließe sich im Prinzip eine Menge anfangen, da sie über einzigartige elektrische und mechanische Eigenschaften verfügen. Die neueste Überraschung der Röhrchen ist ihre unterschiedliche Kontraktion beim Anlegen einer geringen Spannung. Ein mit Nanoröhrchen bekleideter Polymerfilm krümmt sich durch solche künstlichen 'Muskeln' wie ein Arm.

Nanoröhren sind nicht viel dicker als ein gewöhnliches Molekül, können aber Mikrometer oder sogar Millimeter lang werden. Als eine besondere Erscheinungsform des Kohlenstoffs, die auf das bekannte Kristallgitter von Graphit zurückgeht, haben sie Eigenschaften, die von Interesse für die Elektronikindustrie sind und ebenso in winzigen mechanischen Geräten gebraucht werden können.

Aus Untersuchungen mit Röntgenstrahlen an Graphit weiß man, daß die bienenwabenartigen Kristallgitter sich ausdehnen, wenn sie elektrisch aufgeladen werden. Quantenchemischen Berechnungen zufolge sollte dies auch für die Nanoröhrchen zutreffen: Die Stäbchen müßten größer werden, wenn die Anzahl ihrer Elektronen verändert wird.

Einem internationalen Wissenschaftlerteam, dem auch Forscher des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart angehörten, ist es gelungen, den Effekt experimentell hervorzurufen und zu charakterisieren (Science vom 21. Mai 1999).

Da einzelne Nanoröhren zu klein für entsprechende Versuche sind, produzierten die Wissenschaftler dünne Schichten daraus, in denen die Röhrchen kreuz und quer durcheinanderlagen. Zwei dieser "Papierchen" lagerten sie auf die Vorder- und Rückseite eines Klebefilms und legten ein elektrisches Potential von bis zu einem Volt an. Die dadurch negativ aufgeladene Seite wurde infolgedessen um rund 0,04 Prozent länger. Der Wert mag gering erscheinen, ist aber groß im Vergleich zu anderen Systemen wie zum Beispiel piezoelektrischen Bauteilen. Außerdem arbeiten die "Nanomuskelchen" auch noch in salzigen Lösungen.

Diese Ergebnisse eröffnen die Möglichkeit, Nanoröhrchen in beweglichen Teilen von Robotern einzusetzen, als sogenannte Aktuatoren. Ihre relativ große Länge und hohe Elastizität machen sie anderen Materialien überlegen.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 22.1.1999
"Die Kleinen leisten Widerstand"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 1.9.1998
"Druck und Spannung im Nanomaßstab"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 17.6.1998
"Nanoröhren bleiben cool"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 12.5.1998
"Nanoröhren-Transistoren – Sie kommen"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)

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