Fullerenröhren, Rohr-im-Rohr-Membranen und Nanoröhrenspitzen: neue Dimensionen der Molekulartechnologie
✍ Scribed by Frank T. Edelmann
- Publisher
- John Wiley and Sons
- Year
- 1999
- Tongue
- English
- Weight
- 380 KB
- Volume
- 111
- Category
- Article
- ISSN
- 0044-8249
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✦ Synopsis
Auch nach der ¹Goldrauschzeitª der Fullerene und endohedralen Metallofullerene stoûen andere neuartige Erscheinungsformen des Kohlenstoffs bei Chemikern und Physikern gleichermaûen auf groûes Interesse. Dazu gehören insbesondere einwandige und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (¹single-wall carbon nanotubesª, SWNTs, bzw. ¹multiwall carbon nanotubesª, MWNTs) sowie sphärische Aggregate (¹bucky onionsª). [1] Kohlenstoff-Nanoröhren (¹carbon nanotubesª, NTs) sind mittlerweile auf verschiedenen Wegen in gröûerem Maûstab zugänglich. Der vorliegende Beitrag soll die jüngsten Fortschritte der Molekulartechnologie mit Kohlenstoff-Nanoröhren beleuchten.
Das gegenwärtige Interesse der Forscher konzentriert sich auf einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren von molekularer Perfektion (¹Fulleren-Nanoröhrenª), da diese in einzigartiger Weise günstige elektronische und mechanische Eigenschaften mit chemischer Stabilität vereinen. [2] Vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten für SWNTs umfassen die Speicherung von Wasserstoff und anderen Gasen [3] sowie die Verwendung als Quantendrähte, [4] in elektronischen Bauelementen [5] oder als Katalysatorträger. [6] Bis vor kurzem war es kaum möglich, gezielt Fullerenstrukturen im Gröûenbereich zwischen typischen Fullerenen und langen SWNTs, also mit einer Länge von ca. 10 ± 300 nm, herzustellen. Gerade diese wären aber von gröûter Bedeutung als mögliche Verbindungsstücke und Bauelemente in der Molekularelektronik. Eine kürzlich erschienene Arbeit von Smalley et al. macht solche ¹Fullerenröhrenª erstmals leicht zugänglich und eröffnet damit ein äuûerst vielversprechendes neues Teilgebiet der Molekulartechnologie. [7] Das Verfahren zur Gewinnung von Fullerenröhren umfaût mehrere innovative Schritte. SWNT-Rohmaterial kann im Laserofen unter Mitwirkung eines Metallkatalysators (Ni, Co, Fe) in Mengen von bis zu 20 g pro Tag produziert werden. [1c, d] Diese Herstellung im gröûeren Maûstab liefert jedoch ein Material, das noch erhebliche Mengen an Verunreinigungen im Nanometerbereich enthält (z. B. amorphen Kohlenstoff, ¹Zwiebelkohlenstoffª und sphärische Fullerene; Abbildung 1 a). Ein bedeutender erster Schritt ist daher die Reinigung des SWNT-Materials vor dem Zerschneiden. Man kann gereinigte Fullerenfasern in 10 ± 20 Gew.-% Ausbeute erhalten, wenn man die Nanoröhren zunächst in 2.6 m Salpetersäure unter Rückfluû erhitzt, dann in Gegenwart eines oberflächenaktiven Stoffes bei pH 10 in Wasser suspendiert und schlieûlich durch Cross-flow-Filtration isoliert. Um die Effizienz dieser Reinigungsmethode zu demonstrieren, wurde ein Rohmaterial von besonders schlechter Qualität Abbildung 1. REM-Aufnahmen von a) SWNT-Rohmaterial, b) gereinigtem Buckypapier und c) einer gedehnten Kante von gereinigtem Bukkypapier (Wiedergabe mit freundlicher Genehmigung aus Science [7] ).