Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik: Vom Nanodraht zum Nanoröhrchen

Vom Nanodraht zum Nanoröhrchen. Für hohle Nanokristalle als hocheffiziente Katalysatoren oder Transportbehälter für Wirkstoffe besteht heute ein großer Bedarf. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik in Halle haben jetzt ein neues Verfahren vorgestellt, mit dem sich Nanoröhren aus chemischen Verbindungen in hoher Qualität und in großer Zahl herstellen lassen.

Die Forscher demonstrierten die Methode am Beispiel von ultralangen, einkristallinen ZnAl2O4 Nanoröhren mit einem Durchmesser von ca. 40 nm und einer Wandstärke von ca. 10 nm. Diese Nanoröhren werden durch eine Festkörperreaktion erzeugt, die durch einen Diffusionsprozess vermittelt wird, welcher zwischen ZnO (Kern) und Al2O3 (Hülle) stattfindet.

Den dabei auftretende Kirkendall- Effekt, der zur Bildung von Poren führen kann, haben die Forscher hier zum ersten Male gezielt auf eindimensionale Nanostrukturen angewendet. Aufgrund der besonderen geometrischen Randbedingungen, die infolge der Zylindersymmetrie der Nanodrähte gegeben sind, können die sich bildenden Poren den Nanodraht nicht verlassen, so dass sie sich in der Mittelachse anreichern und am Ende einen Hohlraum in Form einer Röhre ergeben.

Mit der neuen Methode können komplex geformte, dreidimensionale hohle Nanostrukturen hergestellt werden. Außerdem können Nanoröhren mit einem sehr großen Verhältnis von Länge zu Durchmesser erzeugt und in großen Mengen gleichzeitig hergestellt werden. Zudem ist das Ausgangsmaterial ZnO, das z. B. auch in medizinischen Salben enthalten ist, physiologisch sehr gut verträglich.