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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

 

Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 26 000 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen.

kes, 23.01.2013

Weiterer Pressekontakt:

Kosta Schinarakis
Themenscout
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