Kleiner geht's nicht
Eine Röhre aus Kohlenstoff mit einem Durchmesser von 4 x 10-10 m
Der Nobelpreis für Chemie wurde 1996 für die Entdeckung eines Fußballs vergeben. Allerdings eines sehr kleinen. Der "Buckyball", dessen Synthese und Nachweis Robert F. Curl, Harold W. Kroto und Richard E. Smalley zu Ruhm verhalf, besteht lediglich aus 60 Kohlenstoffatomen.
Die Atome dieses Moleküls sind jedoch exakt so angeordnet wie die sechseckigen Lederflicken eines Fußballs. Neben Graphit und Diamant repräsentiert C60 eine weitere Modifikation von Kohlenstoff. Mittlerweile kennt man außer C60 noch eine ganze Reihe weiterer Kohlenstoffkugeln unterschiedlicher Größe. Der bislang kleinste Vertreter der als Fullerene bezeichneten Verbindungsklasse - C20 - wurde erst vor kurzem in der Zeitschrift Nature beschrieben (Nature, 2000, 407, S.60-63.).
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| C60 - ein Fußball aus Kohlenstoffatomen |
Noch vor wenigen Jahren war die Euphorie über C60 und Verwandte sehr groß und Anwendungen in verschiedensten Bereichen (u.a. Supraleitung und HIV-Protease-Hemmer) wurden lebhaft diskutiert. Heute kann man C60 im Chemikalien-Großhandel bestellen (ein halbes Gramm für 500.- DM), doch einen wirklichen technologischen Durchbruch hat es mit diesem Material bislang nicht gegeben. Den erhofft man sich im Moment von den sogenannten carbon nanotubes. Das sind röhrenförmige Moleküle, die wie C60 ausschließlich aus Kohlenstoff bestehen. Sie wurden 1991 von dem Japaner Sumio Iijima entdeckt. Die Nanotubes-Forschung entstand als spin off der Fulleren-Chemie und ist auf dem besten Weg, sie an Bedeutung zu übertreffen.
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| Die Schale einer Kohlenstoff-Nanoröhre |
Kohlenstoff-Nanoröhren bestehen aus konzentrischen Graphitschalen. Die Anzahl der Schalen variiert von eins bis zu etwa fünfzig, was einem Durchmesser von 1-50 Nanometern entspricht. Die Länge der Nanoröhren kann allerdings bis zu einem Millimeter betragen und gerade diese geometrische Anisotropie ist für potentielle Anwendungen von Bedeutung. Fasern aus Nanotubes sollen eine enorme Zugfestigkeit besitzen (100 mal stärker als Stahl bei einem sechstel des Gewichts). Das Innere der Röhren kann mit verschiedenen Materialen gefüllt werden (u.a. Wasserstoff) und sogar chemische Reaktionen können in diesen Mini-Reagenzgläsern durchgeführt werden. Aufgrund der speziellen elektronischen Eigenschaften dieser Röhren könnten sie auch ein wichtiger Bestandteil einer zukünftigen Nanoelektronik werden.
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| Elektronenmikroskop-Aufnahme einer Nanoröhre, die mit Silberpartikeln gefüllt ist |
In der heutigen Ausgabe von Nature berichten gleich zwei Forschungsgruppen aus Japan und aus Hongkong über die bislang kleinste Nanoröhre (Nature, 2000, 408, S. 50 und S. 51). Sie besitzt einen Radius von lediglich 0.2 Nanometern (2 x 10-10 m). Theoretikern zufolge stellt dieser Radius sogar einen absoluten Rekord dar, denn noch kleinere Röhren wären nicht mehr stabil.
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Die extreme Krümmung der Graphitschalen führt zu ungewöhnlichen physikalischen Eigenschaften: Entlang der Achse wird für diese Miniröhren metallische Leitfähigkeit postuliert. Welche weiteren Materialeigenschaften diese kleinste aller Nanoröhren besitzt, gilt es noch zu ermitteln, doch mit Überraschungen kann gerechnet werden.
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