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09.10.09 Einfache Synthese von Nanodraht in Kohlenstoffnanoröhrchen

Atomare Kabel mit Schutzhülle

Stabile Metallnanodrähte mit Durchmessern einzelner Atome im Inneren von Kohlenstoffnanoröhren

Abb. 1: Mit Schutzhülle stabil: Metallnanodrähte mit Durchmessern von nur ca. 1.7 nm wurden in hohen Ausbeuten im Inneren von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs / Carbon Nanotubes) synthetisiert. Dank der Ummantelung durch die CNT-Wand sind die Nanodrähte aus einzelnen Atomen selbst bei Umgebungsbedingungen vor Oxidation und Zerfall der Struktur geschützt.
Quelle: Angew. Chem.

Drähte in atomaren Dimensionen sind interessante Bauelemente für zukünftige nanoskopische elektronische Bauteile. Solche feinen Drähte zeigen völlig neue elektronische Eigenschaften. Neben der nicht ganz leichten Herstellung metallischer Nanodrähte ist ihre hohe chemische Reaktivität das Hauptproblem: Sie oxidieren leicht an Luft und sind nicht stabil. Japanische Forscher um R. Kitaura und H. Shinohara haben jetzt eine neue Methode entwickelt, die einfach ist und gleichzeitig stabile Nanodrähte liefert: Sie lagern die Metallatome in das Innern von Kohlenstoffnanoröhrchen ein. Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, entstehen dabei Metalldrähte aus einzelnen aneinander gereihten Atomen, die durch ihre Hülle so gut geschützt werden, dass sie auch langfristig stabil bleiben.

Die Herstellungsmethode besteht einfach darin, Kohlenstoffnanoröhrchen und ein Metallpulver unter Vakuum zu erhitzen. Sie funktioniert für alle Metalle, die bereits bei relativ geringen Temperaturen in den gasförmigen Zustand übergehen, beispielsweise Europium, Samarium, Ytterbium und Strontium. Die Metallatome füllen den Hohlraum innerhalb der Kohlenstoffnanoröhrchen fast vollständig auf. Mit Europium und Kohlenstoffnanoröhrchen mit einem Innendurchmesser von etwa 0,76 nm gelang es den Forschern, Drähte zu gewinnen, die nur aus einer einzelnen Kette aus aneinander gereihten Atomen bestehen. Dieser erste wahrhaftig eindimensionale Nanodraht war auch nach einem Monat an Luft immer noch stabil.

Durch Verwendung von Kohlenstoffnanoröhrchen mit anderen Innendurchmessern ließen sich ultradünne Drähte mit verschiedenen Durchmessern herstellen, beispielsweise aus zwei oder vier atomaren Ketten. Im Vergleich zum makroskopischen Europiumkristall zeigten die atomaren Drähte deutlich veränderte elektronische und magnetische Eigenschaften.

Die Nanodrähte sind ein ideales Modell, um eindimensionale Phänomene zu studieren. Die Forscher wollen nun die Eigenschaften der Drähte prüfen in Hinblick auf ihre Eignung als „Verkabelung“ für nanoelektronische Bauteile.

Quelle:

High-Yield Synthesis of Ultrathin Metal Nanowires in Carbon Nanotubes
R. Kitaura, et. al., Angew. Chem. 2009, DOI: 10.1002/ange.200902615

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Einfache Synthese von Nanodraht in Kohlenstoffnanoröhrchen
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2009/okt/nanodraht.shtm)

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