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News: Rock'n'Roll

Nanoröhrchen gelten wegen ihrer außergewöhnlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften als Tausendsassas der Nanotechnologie. Nun bekommen sie Gesellschaft von winzigen Röllchen aus Kohlenstoff.
NanoröllchenLaden...
Es gibt kaum eine Eigenschaft, mit der die Nanometer dünnen Röhrchen aus Kohlenstoff nicht glänzen können. Sie sind exzellente Leiter für elektrischen Strom und Wärme, härter als Stahl und teurer als ein Diamant, um nur ein paar Beispiele zu nennen. Aber gerade letzteres lässt erahnen, dass es mit der Ausbeute an Nanoröhrchen noch nicht allzu gut bestellt sein kann. Und tatsächlich, noch nicht einmal ein Gramm des kostbaren Materials findet sich beispielsweise im Ruß, der bei einer Bogenentladung zwischen zwei Graphitelektroden entsteht – eine der Möglichkeiten, die Röhrchen zu ernten

Aber vielleicht bekommen die Winzlinge bald Konkurrenz aus dem eigenen Haus. Denn Forschern der University of California in Los Angeles gelang es nun, flache Graphitlagen zu winzigen Rollen aufzuwickeln. Im Grunde genommen sind diese Röllchen den Nanoröhrchen sehr ähnlich, denn auch diese bestehen quasi aus aufgerolltem Graphit – nur dass deren Hülle von einem oder mehreren ineinander geschachtelten Zylindern gebildet wird, während die Rollen wirklich nur aus einer einzigen aufgerollten Graphitlage bestehen.

Doch wie erzeugt man die Winzlinge? Alkohl und ordentlich Lärm lautet das Rezept. Zunächst einmal muss der Graphit jedoch gemästet werden, was vorzugsweise mit Kaliumatomen geschieht. Dazu mischen Lisa Viculis und ihre Kollegen Graphit- und Kaliumpulver im richtigen Verhältnis miteinander und geben es anschließend in ein Glasrohr, das außerdem mit einem reaktionsträgen Gas gefüllt ist. Zum Schluss wird das Rohr verschlossen und das Gemisch aus Graphit und Kalium über Nacht bei 200 Grad Celsius gebacken.

Am nächsten Morgen kündet nun schon die golden leuchtende Farbe des Pulvers davon, dass das Kalium zwischen die Graphitlagen gewandert und die so genannte Interkalationsverbindung KC8 entstanden ist. Die Kaliumatome zwischen den Graphitschichten dienen im Folgenden als Keil, um die einzelnen Graphitebenen abzuspalten. Dazu bedarf es nur ein wenig Ethanol, denn sobald der Alkohol hinzugefügt ist, reagiert KC8 unter deutlicher Wärme- und Gasentwicklung, wobei die Kaliumatome als Ionen in Lösung gehen. Übrig bleiben die einzelnen Graphitlagen, die frei im Ethanol schwimmen.

Doch der Graphit allein macht von sich noch längst kein Nanoröllchen. Dazu müssen die Forscher die Lagen mindestens eine Stunde mit Ultraschall bedröhnen. Denn erst unter diesem Einfluss rollen sich die Graphitebenen auf. Und zwar ziemlich effizient, wie Untersuchungen unter dem Elektronenmikroskop ergaben: Rund 80 Prozent des Graphits bilden Röllchen. Ohne Dauerbeschallung sind es noch nicht einmal zehn Prozent – und selbst die kommen vermutlich nur deshalb zustande, weil das Graphit zumindest kurz für fünf Minuten beschallt werden muss, um es für die elektronenmikroskopische Untersuchung vorzubereiten.

Aber auch Lärm ohne Alkohol hilft nichts, wie sich bei einer Gegenprobe ergab, bei der unbehandelter Graphit sechs Stunden beschallt wurde. Einzig die Kombination beider Einflüsse führt zum gewünschten Ergebnis: etwa 40 Nanometer dünnen und 1,3 Mikrometer kurzen Rollen aus Graphit. Damit spielen die Nanoschöpfungen in der Liga von Nanoröhrchen und könnten durchaus für ähnliche Anwendungszwecke zu gebrauchen sein. So zeigte sich bereits, dass den Rollen äußerst hartnäckig Lösungsmittel anhaftet und kaum zu entfernen ist. Die Röllchen könnten also als Adsorptionsmittel auch für Gase wie Wasserstoff dienen und so als Speichermaterial genutzt werden – vorausgesetzt es gelingt, dazu die Lösungsmittelreste zu entfernen.

Die Röllchen fügen sich also gut in die Familie ein. Dank ihrer vergleichsweise einfachen Herstellung ist ihnen vielleicht sogar eine schnellere Karriere vergönnt als ihren anspruchsvollen Verwandten.

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