Von Uta Bilow
03. Mai 2005 Auf Kohlenstoff-Nanoröhrchen ruhen viele Hoffnungen. Wegen ihrer geringen Abmessungen sowie ihrer mechanischen und elektrischen Eigenschaften gelten die winzigen Röhrchen als erfolgversprechendes Baumaterial für ein breites Spektrum von Anwendungen.
Die Spanne reicht von Sensoren über winzige Motoren bis hin zu kompletten Schaltkreisen. Einzelne Erfolge sind hier bereits vorzuweisen, etwa Transistoren, die aus Nanoröhrchen bestehen. Im fünfzehnten Jahr ihrer Entdeckung beschäftigen die Kohlenstoff-Winzlinge viele Wissenschaftler aber auch immer noch mit grundlegenden Dingen.
So bemüht man sich weltweit, verbesserte Wege für Synthese und Manipulation der Nanoröhrchen zu finden. In diese Arbeiten reihen sich auch die Experimente amerikanischer Forscher ein, die Mikroorganismen als geeignete Wegweiser für wachsende Nanoröhrchen ausgemacht haben.
Hilfreich: Magnetotaktische Bakterien
Bei den hilfreichen Mikroben handelt es sich um sogenannte magnetotaktische Bakterien der Gattung Magnetospirillum. Diese Kleinstlebewesen sind in der Lage, ihre Schwimmbewegungen nach dem Magnetfeld der Erde auszurichten. Denn sie tragen in ihrem Innern eine Art Kompaßnadel, die aus einer Kette magnetischer Eisenoxyd-Kristalle besteht.
Jong-in Hahm und ihre Kollegen von der Pennsylvania State University in University Park verwenden diese sogenannten Magnetosomen als katalytische Teilchen und lassen an ihnen Kohlenstoff-Nanoröhrchen heranwachsen. Die Ausrichtung der Eisenoxyd-Kristalle überträgt sich dabei auf die kleinen Zylinder.
Für ihre Experimente brachten die amerikanischen Forscher die Magnetospirillum-Bakterien zunächst auf einen Siliziumchip und diesen in ein schwaches Magnetfeld. Daraufhin richteten sich die Magnetosomen entsprechend aus. Am folgenden Tag wurden die Platten mit destilliertem Wasser gespült.
Chemische Dampfabschneidung
Der sich dadurch ausbildende osmotische Druck zerstörte die Bakterien und setzte somit die Eisenoxyd-Kristalle frei. Anschließend wurde der Chip eine Stunde lang auf 800 Grad erhitzt, wodurch Überreste der Mikroben beseitigt wurden. Dann ließen die Forscher an den magnetischen Kristallen Nanoröhrchen heranwachsen, indem sie eine kohlenstoffhaltige Substanz zersetzten.
Dieses Verfahren ist als Chemische Dampfabscheidung (CVD) bekannt. Die Eisenoxyd-Teilchen wirken dabei als Keime, die Durchmesser und Ausrichtung der kleinen Zylinder vorgeben. Die Wissenschaftler konnten beobachten, daß auf dem Chip mehrwandige Kohlenstoffröhrchen heranwuchsen, die etwa 13 Nanometer dick waren. Diese sind indes nicht alle parallel orientiert.
Denn jedes Eisenoxyd-Teilchen hat die Gestalt eines sogenannten Kuboktaeders, der mehrere gleichartige Kristallflächen aufweist, an denen Nanoröhrchen aufwachsen können. Deshalb kommt es schließlich zu zwei bevorzugten Orientierungen der Kohlenstoff-Zylinder auf der Chip-Oberfläche, wie die Forscher mit einem Rasterkraftmikroskop erkennen konnten.
Text: F.A.Z., 04.05.2005, Nr. 103 / Seite 38
