Materialforschung: Nanotechnologie eindrucksvoll ins Bild gesetzt

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Weltweit gelten sie als Wunderwaffe der Materialforschung, die so genannten Carbon Nanotubes (CNT). Diese Kohlenstoffnanoröhren sind äußerst stabil, leiten elektrische Energie sehr gut und bestehen aus einem billigen Grundstoff. Saarbrücker Forscher wollen diese Alleskönner nutzen, um teure Edelmetalle in elektrischen Kontakten durch einfachere Metalle wie Nickel zu ersetzen. Eine Beschichtung dieser Metalle mit Nanoröhren soll künftig verhindern, dass die Metalle oxidieren und dadurch an Leitfähigkeit verlieren. Mit Hilfe von Laserstrahlen haben die Materialforscher jetzt Nanotubes auf einer Siliziumplatte wachsen lassen und Strukturen erzeugt, die unter dem Rasterelektronenmikroskop wie eine Qualle im Meer aussehen. Für dieses Bild erhielten die Wissenschaftler den ersten Preis im bundesweiten Fotowettbewerb „Nano sichtbar machen“.

Dieser Wettbewerb wurde von den Nanotechnologie-Netzwerken NanoBioNet, AGeNT-D und CeNTech bundesweit ausgelobt. Der Preis wird heute auf einer Nanotechnologie-Konferenz des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), der WING.DE-Konferenz in Berlin, verliehen.


In jedem Bleistift steckt Graphit, das sind Kohlenstoffatome, die in einer Ebene nebeneinander liegen und beim Schreiben Schicht für Schicht abgerieben werden. Bei den Nanotubes gelingt es, diese zweidimensionalen Kohlenstoffatome wie ein Blatt Papier aufzurollen. „Dadurch entstehen Röhren mit einem Durchmesser von nur zehn Nanometern, sie sind also 5’000 mal dünner als ein menschliches Haar. Diese Nanotubes sind extrem stabil und leiten elektrische Energie äußerst gut“, erläutert Nicolas Souza, Doktorand am Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe von Professor Frank Mücklich. Die Herausforderung liege heute darin, die Nanoröhren in gezielter Form, zum Beispiel wie einen Rasen auf Kontaktoberflächen, wachsen zu lassen „Wir haben dafür ein Kohlenstoffgemisch mit Laserstrahlen beschossen und verdampfen dieses punktuell bei rund 6’000 Grad. Auf einer darunter platzierten Siliziumplatte, die mit Nickel beschichtet ist, wachsen dann Kohlenstoffatome als Nanoröhren empor. Das Nickel dient dabei nur als Katalysator und wird selbst nicht verbraucht. Am Ende entsteht unter dem Rasterelektronenmikroskop ein Gebilde ähnlich einer Qualle, die einen roten Nickel-Kern enthält“, beschreibt Nicolas Souza den Vorgang. Er will nun versuchen, dieses Wachstum noch gezielter zu beeinflussen.

Die Saarbrücker Forscher wollen die Carbon Nanotubes dazu nutzen, um bei der Herstellung von elektrischen Kontakten die teuren Edelmetalle durch einfachere Metalle wie etwa Nickel und Kupfer zu ersetzen. Bisher hat man dabei das Problem, dass solche Metalle schnell oxidieren. Dadurch verschlechtern sich ihre Oberflächeneigenschaften und vor allem die Leitfähigkeit nimmt stark ab. „Wenn es gelingt, Nanotubes flächendeckend auf Metalle aufzutragen, können diese die Oxidationsschicht wie kleine, nach oben ragende Bürsten durchdringen. Damit ließen sich bessere Elektrokontakte herstellen, die auch noch wesentlich stabiler und leitfähiger sind als die herkömmlichen“, erläutert Frank Mücklich, Materialforscher der Saar-Uni und Direktor des Steinbeis-Zentrums für Werkstofftechnik (MECS). Mit einem solchen Verfahren könnte man dann zum Beispiel auch Solarkollektoren viel effizienter gestalten oder neue Produkte wie etwa hauchdünne und flexible Computerbildschirme produzieren.

Bei ihrer Suche nach neuen Materialien setzen die Forscher im Team von Professor Mücklich verschiedene Laserverfahren und 3-D-Visualisierungen wie etwa die Nanotomographie ein. Seit kurzem verfügt der Saarbrücker Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe außerdem über eine Atomsonde, mit der Materialien bis auf die atomare Ebene hin dreidimensional dargestellt und untersucht werden können.


Bild: Mit Hilfe von Laserstrahlen haben Saarbrücker Materialforscher Nanotubes auf einer Siliziumplatte wachsen lassen und Strukturen erzeugt, die unter dem Rasterelektronenmikroskop wie eine Qualle im Meer aussehen. Für dieses Bild erhielten die Wissenschaftler den ersten Preis im bundesweiten Fotowettbewerb „Nano sichtbar machen“. Foto: „Nicolas Souza/cc-NanoBioNet e.V.“

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