Direkt zum Inhalt

Laserbetriebener Zweitakter: Forscher entwickeln nanometergroßen Motor aus Graphen

Wissenschaftler haben eine erstaunlich einfache Kraftmaschine aus Graphen gebaut. Mit dem viel versprechenden Prinzip ließen sich winzige Bauteile bewegen.
GraphenmotorLaden...

Einen überraschend simplen Nanomotor haben Forscher um Barbaros Özyilmaz von der Nationalen Universität in Singapur entwickelt: Sie brachten eine einlagige Schicht aus Graphen dazu, sich bei Bestrahlung mit Laserlicht explosionsartig aufzublähen. Die winzigen Blasen könnten zum Beispiel in Pumpen zum Einsatz kommen.

Der Motor besteht aus einer nur ein Atom dicken Lage aus Kohlenstoff – dem Graphen –, das die Forscher auf einer Siliziumoberfläche platzierten. Dazwischen packten sie einzelne Moleküle von Chlortrifluorid (ClF3), einer sehr reaktionsfreudigen Substanz, die eine chemische Bindung zu den Kohlenstoffatomen eingeht.

Kraftmaschine im NanoformatLaden...
Kraftmaschine im Nanoformat | Der Laser löst das Chlortrifluorid aus seiner Bindung mit dem Graphen, wodurch der Druck unterhalb der Kohlenstofffolie rasant steigt. Das Aufblähen zu einer Blase ließe sich nutzen, um kleine Bauteile zu bewegen.

Bestrahlt man dieses Arrangement mit einem Laser, lösen sich diese Bindungen, das ClF3 dehnt sich mit rasender Geschwindigkeit aus, und der Druck unter der Graphenschicht wächst auf rund zehn Megapascal – genug, um das steife Graphen auszubeulen. Schaltet man das Licht ab, kehrt das System in seinen Ausgangszustand zurück. Ein Zyklus dauerte im Experiment nur 0,001 Sekunden. Bei ersten Tests konnten die Forscher auch nach 10 000 Durchgängen keine Leistungseinbußen feststellen.

Feinjustierung mit dem Laser

Wie weit sich die Blase ausdehnt, lässt sich mit dem Laser einstellen. Eine Energie von 0,32 Milliwatt blähte das Graphen zu einer Blase von 550 Nanometern Durchmesser auf – etwas mehr als die Wellenlänge des verwendeten Lichts. Graphen gilt als außerordentlich festes Material. Erst bei über acht Milliwatt gab das Graphen mit der Zeit nach und platzte.

Özyilmaz und Team wollen ihren Motor jetzt weiter erforschen und auf mögliche Anwendungsgebiete hin abklopfen. Er lasse sich leicht in MEMS- und NEMS-Systeme, wie etwa das Lab-on-a-Chip, integrieren, meinen die Forscher. Lediglich das ClF3 könnte ihnen einen Strich durch die Rechnung machen: Es ist nicht gerade einfach zu handhaben und kann zu schweren Gesundheitsschäden führen.

21. KW 2014

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 21. KW 2014

Lesermeinung

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Leserzuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Leserzuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmer sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Lesermeinungen können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

Partnervideos