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Presseinformation 013/2013

Nature: Nanoteilchen graben kleinste Tunnel der Welt

Winzige Metallkugeln ätzen Tunnel in Graphit, die nur ein Tausendstel des Durchmessers eines Haares aufweisen / Poröser Graphit als Werkstoff in Medizin und Batterietechnik
Graphit besteht aus in Schichten angeordneten Kohlenstoffatomen. Vom Rand dieser Schichten aus gräbt sich ein Metallpartikel in die Graphitprobe. (Bild: KIT/CFN)
Graphit besteht aus in Schichten angeordneten Kohlenstoffatomen. Vom Rand dieser Schichten aus gräbt sich ein Metallpartikel in die Graphitprobe. (Bild: KIT/CFN)

Einige Nanometer breit sind die kleinsten Tunnel der Welt. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der US-amerikanischen Rice University haben die Tunnel in einer Probe Graphit angelegt. Damit wird es nun möglich, auch das Innere von Werkstoffen mittels Selbstorganisation im Nanometerbereich zu strukturieren und nanoporösen Graphit für Anwendungen in Medizin und Batterietechnik maßzuschneidern. In der Fachzeitschrift nature communications stellen sie ihre Ergebnisse nun vor. (DOI: 10.1038/ncomms2399)

 

Für die Herstellung der Tunnel bringen die Forscher Nanopartikel aus Nickel auf Graphit auf, der dann in Anwesenheit von Wasserstoffgas erhitzt wird. Die Oberfläche der wenige Nanometer großen Metallpartikel dient als Katalysator, der die Kohlenstoffatome des Graphits ablöst und mit Wasserstoff zum Gas Methan umbildet. Das Nickelpartikel wird durch Kapillarkräfte in das entstandene „Loch“ gezogen und bohrt sich weiter durch das Material. In den vorliegenden Versuchen ergaben sich Tunnel zwischen 1 und 50 Nanometer, was circa einem Tausendstel eines Haares entspricht. Für den stichhaltigen Nachweis der Tunnel nutzten die Forscher Aufnahmen mit Rasterelektronen- und Rastertunnelmikroskopen. „Eigentlich bilden Mikroskope nur die oberen Schichten der Probe ab“, erklären die beiden Hauptautoren der Studie, Maya Lukas und Velimir Meded vom Institut für Nanotechnologie am KIT. „Dennoch hinterlassen die darunter laufenden Tunnel auch atomare Strukturen auf der Oberfläche. Mittels der detailreichen Rastertunnelmikroskopbilder und Computersimulationen konnten wir diese eindeutig den Nanotunneln zuordnen und deren Verlauf bestimmen.“ Ergänzend konnte mit einer Serie von Aufnahmen eines Rasterelektronenmikroskopes aus verschiedenen Perspektiven die Tiefe der Tunnel exakt bestimmt werden.

 

Poröser Graphit wird beispielsweise in den Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien genutzt. Die richtige Porengröße des Materials könnte die Ladezeit verkürzen. In der Medizin könnte poröses Graphit als Träger von Medikamenten dienen, die gezielt über einen längeren Zeitraum abgegeben werden. Nutzt man statt Graphit Materialen, die nicht leitend sind, aber einen ähnlichen atomaren Aufbau haben, etwa Bornitrid, wäre es auch denkbar, die Tunnel als Grundgerüst für nanoelektronische Komponenten zu nutzen, etwa neuartige Sensoren oder Solarzellen.

 

An der vorliegenden Studie waren die Arbeitsgruppen von Pulickel M. Ajayan von der Rice University, USA, sowie von Ralph Krupke und Wolfgang Wenzel beteiligt, die am KIT forschen.

 

Homepage der Forschungsgruppen am KIT:

http://www.int.kit.edu

 

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Thematische Schwerpunkte der Forschung sind Energie, natürliche und gebaute Umwelt sowie Gesellschaft und Technik, von fundamentalen Fragen bis zur Anwendung. Mit rund 9000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, darunter knapp 6000 in Wissenschaft und Lehre, sowie 24 000 Studierenden ist das KIT eine der größten Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

kes, 23.01.2013

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Kosta Schinarakis
Presse, Kommunikation und Marketing, Themenscout
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