Von Jan Oliver Löfken
06. September 2005 Nanoröhrchen aus Kohlenstoff bestechen durch ihre physikalischen Eigenschaften. Sie sind extrem widerstandsfähig gegenüber Chemikalien, um ein Vielfaches reißfester als Stahl. Den elektrischen Strom leiten die mehrwandigen Varianten zudem besser als Kupfer und Silber. Dementsprechend vielseitig sind auch mögliche Anwendungen.
Mittlerweile lassen sich die winzigen Zylinder sogar wie Wollfasern zu Garnen verarbeiten und nach Belieben verdrillen, verflechten und verknoten. Nun ist es amerikanischen Forschern von der University of Texas gelungen, mehrwandige Nanoröhrchen zu einer fünf Zentimeter breiten und mehrere Meter langen äußerst robusten Gewebefolie zu verarbeiten.
Band aus verhakten Nanoröhrchen
Die Wissenschaftler um Mei Zhang hatten bereits im vergangenen Jahr mit einem speziellen Spinnverfahren fünf Mikrometer dicke Fäden mit einer Länge von etwa einem Meter hergestellt. Dabei wurden bis zu hunderttausend mehrwandige Röhrchen rund 80.000mal pro Meter miteinander verdrillt. Darauf aufbauend hat die Forschergruppe nun ihre transparenten Bänder produzieren können.
Wie Frau Zhang und ihre Kollegen in der Zeitschrift „Science“ (Bd. 309, S. 1215) berichten, haben sie zunächst zehn Nanometer dicke und 70 bis 300 Mikrometer lange Nanoröhrchen in einer heißen Acetylen-Atmosphäre auf einer Oberfläche wachsen lassen. An eine Seite der dicht bestückten Unterlage hefteten sie einen Klebestreifen. Als sie daran zogen, begannen sich die einzelnen Nanoröhrchen ineinander zu verhaken. Bei einer Zuggeschwindigkeit von bis zu zehn Metern pro Minute formte sich ein rund fünf Zentimeter breites und etwa zwanzig Mikrometer dünnes Band.
Leuchtet, wenn Strom fließt
Das Geflecht war äußerst stabil. So konnte es Flüssigkeitstropfen tragen, die rund 50.000mal so schwer waren wie das Nanomaterial selbst. Um die Stabilität zu erhöhen, legten die Forscher achtzehn der hauchdünnen Schichten übereinander. Dadurch ist ein robustes und flexibles Band entstanden, dessen Festigkeit mit 175 Megapascal sogar hochfesten Stahl (125 Megapascal) in den Schatten stellt, dabei aber nur einen Bruchteil von dessen Gewicht aufweist.
Wegen dieser Vorteile könnte der Werkstoff mit anderen hochfesten Fasern wie Kevlar konkurrieren. Nach Überzeugung von Frau Zhang und ihrer Kollegen eröffnen sich noch andere Anwendungen. Die Kohlenstoff-Bänder besitzen nur einen geringen elektrischen Widerstand und beginnen zu leuchten, sobald ein Strom sie durchfließt. Daher könnten sie kleine Leuchtstoffröhren ersetzen, die bisher zur Hintergrundbeleuchtung in Flüssigkristall-Monitoren verwendet werden. Sogar flexible organische Solarzellen könnten sich mit der Nanofolie fertigen lassen. Dazu müßte man auf das Material organische Halbleitermoleküle aufbringen.
Text: F.A.Z., 07.09.2005, Nr. 208 / Seite 36
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