Jetzt gibt es sie auch aus Gold und Silber: die Nanoröhrchen. Wissenschaftler des Weizmann Instituts haben erstmals einen neuen Typ von Nanotubes erzeugt, die, je nach Komponenten, einzigartige optische, elektrische und sonstige Eigenschaften aufweisen.
In Zukunft könnten sie als Bausteine für Nanotransistoren, Katalysatoren und Biochipsysteme eine wichtige Rolle spielen. Die unter der Leitung von Prof. Israel Rubinstein durchgeführte Studie wurde in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie publiziert.
„Wunderbausteine“ der Nanowelt
Nanotubes, zylindrische Hohlstrukturen im Nanometermaßstab, wurden zuerst 1991 entdeckt. Die ersten rein aus Kohlenstoff bestehenden Miniröhrchen sorgten weltweit für Aufsehen, denn sie entpuppten sich als wahre Wunder: Hundert mal stärker als Stahl, dabei winzig klein und ausgesprochen gute Leiter für Elektrizität und Hitze schienen sie den Nanotechnologen geradezu alles zu bieten, was das Herz begehrt.
Maßgeschneidert nach dem Baukastenprinzip
Den neuen, jetzt 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 ihre neuen Nanotubes bei Raumtemperatur in einem dreistufigen Prozess: Ausgangsstoff war eine nanoporöse Alumniumoxidmembran, 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 Alumniumoxidmembran verbinden, das gab es vorher schon, aber nicht, dass sie sich auch miteinander verbinden und zu Röhren zusammen lagern.“
Grundbausteine für künftige Nanoanwendungen
Die entstandenen Röhrchen sind porös und haben eine große Oberfläche, spezielle optische Eigenschaften und eine große elektrische Leitfähigkeit. Zusammengenommen könnte all dies die Tubes zu geeigneten Grundbausteinen für zukünftige Sensoren und Katalysatoren machen, auch als Biochips für chemische Analysen im Mikromaßstab, beispielsweise als DNA-Chip, wären sie einsetzbar. Mithilfe ihrer neuentwickelten Methode haben die Wissenschaftler um Rubinstein bereits unterschiedliche Metall- und Mischnanoröhrchen hergestellt, darunter Gold, Silber, Gold/Palladium und Kupferüberzogene Goldtubes. Die neuen Nanotubes wurden bereits zum Patent angemeldet.
(Weizmann Institute, 29.01.2004 – NPO)
