03.06.2003 · Aus Nanobändern können Forscher winzige Sensoren für Umweltanalysen und Alkoholtests fertigen.
Von Uta BilowSeit der Entdeckung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen vor nunmehr zwölf Jahren wird auf dem Gebiet der Nanopartikeln intensiv geforscht. Zweifellos sind die winzigen Kohlenstoff-Röhrchen das am besten untersuchte Nanomaterial. Sie gelten als vielseitige Module für eine künftige Nanotechnologie, und auf ihrer Basis ist bereits eine Reihe von Bauelementen wie Dioden oder Transistoren konstruiert worden. Bei voranschreitender Miniaturisierung von elektronischen, optischen und mechanischen Komponenten sind jedoch auch die sogenannten Nanobänder interessant. Anders als die Nanoröhrchen weisen sie keinen hohlen Innenraum auf. Den bisweilen auch als Nanostäbe oder -gürtel bezeichneten Gebilden können verschiedene Oxyde zugrunde liegen, wie Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology in Atlanta jetzt in der Zeitschrift "Advanced Materials" (Bd. 15, S. 432) berichtet.
Das Herstellungsverfahren für die Nanobänder ist verblüffend einfach. Kommerziell erhältliche Oxyde der Metalle Zink, Zinn, Indium, Cadmium oder Gallium werden bei hohen Temperaturen verdampft und scheiden sich in kälteren Zonen des Ofens als ausgedehnte Nanobänder ab. Diese haben einen rechteckigen Querschnitt mit einer Breite von 50 bis 300 Nanometern und einer Dicke von 10 bis 50 Nanometern. Die Bänder sind einige Millimeter lang. Diese ungewöhnliche Form wurde bislang nur bei Oxyden beobachtet. Aus Zinnoxyd konnten die Forscher zudem flache, kreisrunde Scheiben abscheiden, deren Dicke im Nanometerbereich liegt.
Basis für mehrere Bauteile
Die von Wang hergestellten oxydischen Nanobänder könnten die Basis für eine Reihe von Bauteilen bilden. Denn es handelt sich dabei um halbleitende Materialien, was ein Vorteil gegenüber den Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist, die nicht immer halbleitendes Verhalten zeigen. Je nach molekularer Struktur können sie auch metallisch sein, und nach wie vor ist es schwierig, die verschiedenen Röhrchen-Typen voneinander zu trennen oder aber gezielt nur eine Sorte herzustellen.
Die Eignung der oxydischen Nanobänder wurde bislang auf zwei Gebieten nachgewiesen. Wang hat mit seiner Arbeitsgruppe zum Beispiel einen Feldeffekt-Transistor konstruiert, der auf einem Nanoband basiert. Dazu wurde das Zinkoxyd-Nanoband zwischen zwei Goldelektroden plaziert, die sich auf einer isolierenden Schicht befinden. Auf der Rückseite dieser Anordnung brachten die Wissenschaftler eine Steuerelektrode an. Durch Anlegen einer Spannung an diese Elektrode läßt sich der Strom kontrollieren, der durch das Nanoband fließt. Zudem kann der Transistor mit ultraviolettem Licht geschaltet werden.
Gassensor als Anwendung
Weiterhin haben die Forscher mit Nanobändern aus Zinnoxyd einen Gassensor realisiert. Das Prinzip des Sensors beruht darauf, daß sich die Leitfähigkeit eines Nanobands verändert, wenn Moleküle auf seiner Oberfläche adsorbieren. Daher wurde ein Nanoband mit zwei Elektroden versehen, über die seine Leitfähigkeit gemessen werden kann. Wie die Wissenschaftler zeigen konnten, registriert der Sensor Kohlenmonoxyd, Stickstoffdioxyd oder auch Ethanol. Damit eignet er sich für Umweltanalysen, die Untersuchung von Lebensmitteln oder Alkoholtests.
Offenbar hat Wang mit seinen Nanobändern eine wichtige Klasse neuer Module für die Nanotechnologie erschlossen. Die halbleitenden Oxyde sind vielseitig verwendbar. Ebenso reizvoll dürfte es sein, Nanobänder aus Oxyden zu untersuchen, die mehr als eine Metallsorte enthalten. In diesen Verbindungsklassen finden sich Materialien mit faszinierenden Eigenschaften - man denke nur an den Hochtemperatur-Supraleiter Yttrium-Barium-Kupferoxyd.
