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Nanotechnologie: Reißfeste Nanomembran aus einer Lage Moleküle

Künstliche Membranen sind selbst dann noch äußerst strapazierfähig, wenn sie nur rund zehn Nanometer dick sind. Forscher um Heinrich Jaeger an der Universität Chicago stellten nun mehrere Exemplare dieser ultradünnen Schichten her: Die Gebilde bestehen aus einer einzigen Lage identischer Bausteine.

Die Nanomembran über einer Nanopore | Die nur 10 Nanometer dicke Membran im Transmissions-Elektronenmikroskop. Die Membran liegt teilweise über einer Nanopore (heller Kreis), in die die Forscher sie zur Messung ihrer Elastizität hineindrückten.
Zur Synthese dieser Nanomembran gaben die Physiker eine Suspension goldhaltiger Nanopartikel auf einen winzigen Wassertropfen. Als das organische Lösungsmittel verdampfte, lagerten sich die wasserunlöslichen Moleküle an der Grenzfläche vom Wasser zur Luft zu einer Schicht zusammen. Anschließend übertrugen die Wissenschaftler den membranüberspannten Tropfen auf eine spezielle Oberfläche mit Nanoporen, wo nun das Wasser verdunstete.

Somit war die dünne Membran über eine der Nanoporen gespannt wie das Fell einer Trommel, und Jägers Mitarbeiter konnten ihre Dehnbarkeit mit der Nadelspitze eines Rasterkraftmikroskop messen. Dabei kehrte die Nanoschicht auch dann wieder elastisch in ihre Ursprungsform zurück, wenn die Nadel sie um mehr als ihre Dicke eingedrückt hatte. Selbst bei rund einhundert Grad Celsius blieb die Membran in Form ohne zu schmelzen oder zu reißen. Dies führen die Materialwissenschaftler vor allem auf die klettenartige Gestalt der Nanobausteine zurück: Wie zwei sich verhakende Kletten greifen die einzelnen Nanopartikel ineinander, bleiben aber dennoch im Verbund gegeneinander verschiebbar und damit belastbar. (map)

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