Wenn Tunnels schmaler als ein Haar sind
Wer denkt bei uns nicht beim Thema „Tunnelbau“ an Verkehrsröhren für Bahn und Auto. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) werden Tunnels durch Graphitmaterial angelegt, deren Durchmesser einem Tausendstel eines Haares entsprechen. Graphit wird so für Anwendungen in Medizin und Batterietechnik im Nanobereich porös gemacht.
Damit soll es möglich werden, auch dichte Werkstoffe wie Graphit im Nanobereich innen zu strukturieren. Poröser Graphit wird beispielsweise in den Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien genutzt. Die richtige Porengrösse des Materials könnte die Ladezeit verkürzen. In der Medizin könnte poröses Graphit als Träger von Medikamenten dienen, die gezielt über einen längeren Zeitraum abgegeben werden. Nutzt man statt Graphit Materialen, die nicht leitend sind, aber einen ähnlichen atomaren Aufbau haben, etwa Bornitrid, wäre es auch denkbar, die Tunnel als Grundgerüst für nanoelektronische Komponenten zu nutzen, etwa neuartige Sensoren oder Solarzellen.
Die Arbeit der Erbauer von solchen Microtunnels hat eindeutig andere Abläufe als herkömmlicher Tunnelbauer. Für die Herstellung der Röhre bringen die Forscher Nanopartikel aus Nickel auf Graphit auf, der dann in Anwesenheit von Wasserstoffgas erhitzt wird. Die Oberfläche der wenige Nanometer großen Metallpartikel dient als Katalysator, der die Kohlenstoffatome des Graphits ablöst und mit Wasserstoff zum Gas Methan umbildet. Das Nickelpartikel wird durch Kapillarkräfte in das entstandene „Loch“ gezogen und bohrt sich weiter durch das Material. In den Versuchen ergaben sich Tunnel zwischen 1 und 50 Nanometer, was circa einem Tausendstel eines Haares entspricht. Für den stichhaltigen Nachweis der Tunnel nutzten die Forscher Aufnahmen mit Rasterelektronen- und Rastertunnelmikroskopen. (mai/mgt)
