Wissenschaftler haben herausgefunden, wie Kohlenstoffnanoröhren wie Wasserleitungen miteinander verbunden werden können. Dies könnte zu einer völlig neuen Gruppe von von unten nach oben entwickelten Nanostrukturen und -geräten führen.

Die Forscher des japanischen National Institute of Advanced Industrial Science and Technology konnten mithilfe einer von ihnen entwickelten Technik Nanoröhren mit ähnlichen oder gleichen Durchmessern „ausloten“. Sie erwarten, dass ihre Methode in Zukunft verwendet werden könnte, um Kohlenstoffnanoröhren unabhängig von ihrem Durchmesser nahtlos zu verbinden.

"Unsere Methode könnte die Herstellung längerer Kohlenstoffnanoröhren und sogar von Nanoröhren mit mehreren Zweigen ermöglichen", sagte der entsprechende Wissenschaftler der Studie, Chuanhong Jin, gegenüber PhysOrg.com . "Solche Strukturen könnten viele Anwendungen haben, wie Feldeffekttransistoren oder Stromzuleitungsdrähte."

Die Arbeit wird in einem Artikel in Nature Nanotechnology beschrieben .

Jin und seine Kollegen arbeiteten mit den Augen eines Transmissionselektronenmikroskops und beobachteten den Vorgang, indem sie zunächst eine einzelne Kohlenstoffnanoröhre spalteten, indem sie sie über zwei Elektroden brachten und einen hohen Strom anlegten. Dies führte dazu, dass der mittlere Abschnitt des Nanoröhrchens allmählich enger wurde, bis er sich schließlich spaltete, was zu zwei Nanoröhrchen mit gleichen Durchmessern und geschlossenen oder abgedeckten Enden führte.

Die mit einer Kappe versehenen Enden wurden nahe beieinander bewegt und die Spannung über den Elektroden wurde langsam von Null angehoben. Bei bestimmten Schwellwerten von Spannung und Strom fügten sich die beiden Nanoröhren plötzlich wieder zusammen. Dieser Prozess war so schnell, dass Jin und seine Kollegen sich noch nicht sicher sind, wie er abläuft.

Die Forscher stellten fest, dass sie diesen Split / Join-Prozess an ein und derselben Nanoröhre mehrmals wiederholen konnten. Bisher bis zu sieben Mal.

Die Gruppe versuchte auch, Kohlenstoffnanoröhren mit unterschiedlichen Durchmessern zu verbinden, war jedoch nicht erfolgreich. In jedem Fall trat bei einer bestimmten Schwelle von Spannung und Strom eine offensichtliche Verformung an der Kappe der größeren Nanoröhre auf. Die Nanoröhren lösten sich dann und zogen sich voneinander ab, und die Kappenstrukturen beider Nanoröhren schienen sich zu ändern, was zu einer Längenverringerung führte. Versuche, die Nanoröhren neu zu positionieren und zu befestigen, führten zu den gleichen Ergebnissen.

„Es scheint von Natur aus schwierig, zwei Kohlenstoffnanoröhren mit völlig unterschiedlichen Durchmessern zu verbinden“, sagt Jin.

Die Schwierigkeiten scheinen sich aus den „Chiralitäten“ der Nanoröhren zu ergeben - ob die Kohlenstoffatome in Ketten gebunden sind, die direkt über die Röhre verlaufen, oder Ketten, die sich um diese herum drehen. Zwei Nanoröhren aus der gleichen Mutterröhre weisen die gleiche Chiralität auf, Nanoröhren mit unterschiedlichen Durchmessern jedoch selten. Diese Nichtübereinstimmung verursachte Probleme auf atomarer Ebene, als die Wissenschaftler versuchten, die Zusammenführung der Röhren zu erzwingen.

Die Wissenschaftler hatten jedoch eine Lösung: Wolframatome zwischen die beiden Nanoröhren einzufügen, um den Verbindungsprozess zu katalysieren. Es ist seit langem bekannt, dass Wolfram dazu beiträgt, dass Kohlenstoffatome „graphitisiert“ werden oder sich in geordneten Strukturen anordnen, wie sie in einer Kristallform von Kohlenstoff, Graphit, vorliegen. Durch Hin- und Herbewegen des Partikels während des Temperns fügten sich die Nanoröhren nahtlos zusammen.

Zitat: Chuanhong Jin, Kazu Suenaga und Sumio Iijima Nature Nanotechnology veröffentlichen am 9. Dezember 2007 eine Online-Vorabveröffentlichung (Doi: 10.1038 / nnano.2007.406)

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