Was passiert, wenn sogenannte Fullerene, runde, fußballähnliche Kohlenstoff-Moleküle mit einer graphitähnlichen Molekülstruktur vermischt werden? Das Ergebnis beschreibt Foley als "chaotische Anordnung von fullerenartigen Bruchstücken," mit extrem winzigen, einheitlich verteilten Poren, die nur 45 bis fünfzig Nanometer breit sind.

Da sich der Sauerstoff durch diese kleinen Poren dreißigmal schneller als die nur minimal größeren Stickstoffmoleküle bewegt, erläutern die Forscher, daß sie so sehr effektiv den meisten Stickstoff aus einer Probe Luft herausfiltern können. Kleinere gasförmige Moleküle schlüpfen sogar noch schneller durch die Poren der Membran. Im Vergleich zum Stickstoff wurde Helium 178mal schneller und Wasserstoff sogar 330mal schneller transportiert. "Das zeigt uns, daß diese Nanoporen extrem selektiv sind, was die Größe der Moleküle betrifft, und daher sind sie auch sehr effektiv", sagt Mark Shiflett von der DuPont Co. "Unser Material bietet eine Selektivität, die vergleichbar oder besser ist als die der herkömmlichen Polymer-Membranen, die zur Sauerstoff-Stickstoff-Trennung der Luft verwendet werden."

Das Geheimnis der Produktion dieses neuen Materials liegt im Einsatz von Ultraschall. Wenn er mit einer bestimmten Frequenz vibriert, dann kann ein Ultraschalltrichter ein flüssiges Polymer in viele identische Tröpfchen zerstäuben, die dann ganz sanft auf eine Röhre aus rostfreiem Stahl gleiten. Da die Tröpfchen nicht aufprallen, werden sie auch nicht zerstört. Und sollten sich doch Defekte zeigen, werden diese durch nachfolgende Ausfällung und Ausglühen wieder repariert. Dazu wird Heliumgas für ein kurzfristiges Erhitzen genutzt, was die Oberflächenbeschichtung verstärkt und Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen herstellt.

Die Temperatur in der Brennkammer und die Dicke des Materials erwiesen sich als kritische Faktoren. Bei einem Erhitzen des Materials auf 450 Grad Celsius erhielten die Forscher perfekt geformte Membranschichten, zwischen 15 und zwanzig Mikrometer stark. Alle dickeren Proben zeigten Risse (Science vom 17.  September 1999).

Das Ziel der Forscher ist es, ganze Bündel von solchen polymer-ummantelten Röhren herzustellen, alle knapp vier Zentimeter im Durchmesser, zwischen drei und sechs Metern lang und zusammen sicher in einer Röhre untergebracht. "Man würde zum Beispiel die Luft durch das Innere dieser Röhren leiten und dabei den Sauerstoff schneller als den Stickstoff diffundieren lassen, so daß man für dreißig Sauerstoffmoleküle, die durch die Röhre kämen, je ein Stickstoffmolekül erhält," erklärt Shiflett.

Zwar ist die Membran schon zum Patent angemeldet, doch noch nicht auf dem Markt. Denn zunächst einmal müssen die Wissenschaftler die Durchfluß-Rate ihres Materials erhöhen, die mit der Dicke der Membran zusammenhängt."Wir müssen den Durchfluß um den Faktor zehn erhöhen, ohne an Selektivität zu verlieren," sagt Foley.

Siehe auch

• Spektrum Ticker vom 15.7.1999
  "Organische Fußbälle"
  
• Spektrum Ticker vom 26.6.1998
  "Klein, aber oho"
  (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
  
• Spektrum der Wissenschaft 12/96, Seite 18
  "Nobelpreis für Chemie – Kohlenstoff in Fußballform "
  (nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)