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News: Nano-Kabel mit Isolierung

Gewöhnliche Metalldrähte eignen sich nicht zur Verkabelung elektronischer Bauteile im Nanobereich. Aber vielleicht können elektrisch leitfähige Polymere in die Bresche springen.
Elektronische Bauteile werden immer kleiner. Die nächste Generation optoelektronischer Bauteile wird nanoskopische Dimensionen erreichen. Dazu braucht die Technik natürlich auch Verkabelungen auf dieser Größenskala. Gewöhnliche Metalldrähte sind hier nicht mehr geeignet. Stattdessen sind unter anderem elektrisch leitfähige Polymere ins Zentrum des Interesses gerückt. Wissenschaftler von der University of Tokyo haben eine neue Methode entwickelt, um solche winzigen Drähte aus Polypyrrol herzustellen – und das gleich inklusive der für ein Kabel nötigen isolierenden Ummantelung.

Die grundsätzliche Idee des japanischen Teams um Takuzo Aida, parallel angeordnete nanoskopische Kanäle bestimmter Silikat-Materialien als eine Art Matrize für die Nanodrähte zu verwenden, ist an sich nicht völlig neu. Die bisherigen Versuche, diese Kanälchen mit monomeren Bausteinen zu stopfen und zur Polymerisation zu bringen, lieferten zwar interessante Ergebnisse, brachten bisher aber noch nicht den durchschlagenden Erfolg. Aida und sein Team wandelten diese Methode daher ab. Statt die Pyrrol-Monomere in bereits bestehende Kanäle zu füllen, erzeugten sie die Kanäle direkt in Gegenwart der Füllung.

Dazu stellten die Chemiker eine Lösung her, die das Ausgangsmaterial für das Silikat sowie die Bausteine, aus denen später das Polypyrrol entstehen sollte, enthielt. Damit alles funktionierte, mussten diese Bausteine aber noch eine Zusatzausrüstung mitbringen: Sie mussten die Eigenschaften eines Tensids aufweisen.

Tenside sind oberflächenaktive Substanzen. Ihr Zusatz erniedrigt beispielsweise beim Spülen die Grenzflächenspannung, wodurch sich organische Stoffe wie Fette besser mit Wasser vermischen. In wässriger Lösung bilden sie Mizellen. Das sind gewöhnlich kugelförmige Cluster der Moleküle.

Als die Wissenschaftler nun einen dünnen Film der Mischung auf einen Träger aufbrachten und trockneten, bildeten die Tensid-Pyrrol-Hybride lange, schlauchartige Mizellen, um die das Silikat herum kristallisierte. So entstanden ausgedehnte, hexagonale Kanälchen in einem Silikatgerüst, die parallel zu einander angeordnet und durchgehend mit Tensid-Pyrrol-Bausteinen gefüllt waren.

Schließlich brachten die Chemiker die Pyrrol-Einheiten im Inneren der Kanäle zur Polymerisation, die erstaunlich rasch und vollständig ablief. Offenbar spielt bei dieser Reaktion der Einschluss in die Silikat-Kanäle eine wichtige Rolle.

"Ergebnis ist ein Komposit-Material aus langen, einzelnen Bündeln von Polypyrrolfasern, die in eine Silikat-Matrix eingebettet sind und gute elektronische Eigenschaften aufweisen," erklärt Aida. "Diese Kompositfilme können als Polypyrrol-Nanokabel mit einer Silikatummantelung als Isolierung angesehen werden."

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