Inzwischen ist „Nanoröhrchen“ längst nicht mehr gleichbedeutend mit einer reinen Kohlenstoffstruktur. Wissenschaftler in aller Welt haben Möglichkeiten entwickelt, um die Grundstruktur so abzuwandeln, dass auch Metallatome oder andere Verbindungen mit eingebaut werden können.
Am Weizmann Institut erzeugten Nanotubes fehlt zwar die mechanische Stärke der Karbonröhrchen, dafür haben sie den Vorteil ihrer nanomolekularen Zusammensetzung: Je nach Wahl der Grundbestandteile, aus denen sie aufgebaut sind, lassen sich ihre Eigenschaften für die unterschiedlichsten Anwendungen "maßschneidern". Selbst Mischungen verschiedener Nanopartikel sind als "Bausubstanz" für die Röhrchen einsetzbar. Ein weiterer Vorteil: Diese Nanobausteine können gleichzeitig als Ansatzstelle für diverse "Anhänge" wie metallische, halbleitende oder polymere Materialien dienen und so die Palette der Einsatzmöglichkeiten noch mehr erweitern.
In drei Schritten zum Goldröhrchen
Die Weizmann-Forscher produzierten die Nanotubes bei Raumtemperatur in einem dreistufigen Prozess: Ausgangsstoff war eine nanoporöse Aluminiumoxidmembran, die sie chemisch so präparierten, dass sie Gold- oder Silberpartikeln Ansatzstellen bot. Als nächstes gaben die Wissenschaftler eine Lösung mit den nur 14 Nanometer großen Metallpartikeln auf diese Trägermembran. Die Nanopartikel verbanden sich sowohl mit der Oberfläche der Aluminiumoxidmembran als auch untereinander und ließen mehrschichtige Nanotubes in den Membranporen entstehen.
Im dritten Schritt wurde die Trägermembran aufgelöst und die Nanotubes blieben als freistehende Röhrchen stehen. "Wir waren begeistert, als wir die wunderschön geformten Röhrchen entdeckten", erklärt Rubinstein. "Die Konstruktion von Nanotubes aus Nanopartikeln hat es bisher nicht gegeben. Wir haben zwar erwartet, dass die Metallpartikel sich mit der Aluminiumoxidmembran verbinden, das gab es vorher schon, aber nicht, dass sie sich auch miteinander verbinden und zu Röhren zusammen lagern."
Metall-Nanoröhrchen als chipinterne Leiter
Mithilfe ihrer neu entwickelten Methode haben die Wissenschaftler um Rubinstein bereits unterschiedliche Metall- und Mischnanoröhrchen hergestellt, darunter Tubes aus Gold, Silber, Gold/Palladium sowie kupferüberzogene Goldröhrchen. Während die Massenproduktion von Transistoren und Chips auf der Basis halbleitender Nanoröhrchen eher noch als Zukunftsmusik gilt, könnten nach Einschätzung von Experten metallische Kohlenstoffröhren möglicherweise schon recht bald die Leiterbahnen in herkömmlichen Chips ersetzen.
Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart gelang es 2006 bereits, gemeinsam mit Forschern des Chip-Herstellers Infineon, mehrwändige metallische Nanoröhrchen in Siliziumchips so einzubauen, dass sie senkrecht aus diesen herausragen. Zukünftig könnten sie die herkömmlichen chipinternen Leiterbahnen aus Kupfer zwischen verschiedenen Stockwerken des Chips ersetzen. Der Vorteil: Die Nanoröhrchen vertragen tausendmal größere Stromdichten als die Kupferleiter. Zudem sind sie weniger anfällig gegenüber der so genannten Elektromigration, einem Prozess, bei dem sich kleine Metallteilchen vom Draht ablösen, im Schaltkreis herumwandern und so für Störungen und eine „Alterung“ des Chips sorgen.
Stand: 25.01.2007
