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Wie man einen Nano-Schnurrbart wachsen lässt

Nanotechnologie: Wachstum von Strukturen gezielt steuern
Wie man einen Nano-Schnurrbart wachsen lässt

Die einzigartige Form des Kohlenstoff-Nano-Schnurrbarts entsteht durch Wachstum in zwei Richtungen, ausgehend von einem Eisenkern (Bild: Shiozawa/EMP, Universität Wien)
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Physikern an der Universität Wien ist es gelungen, eine einzigartige Nano-Struktur aus Kohlenstoff zu züchten, die einem winzigen gezwirbelten Schnurrbart ähnelt. Ihre Methode könnte wegweisend für die Bildung komplexerer Nano-Netzwerke sein.

Nano-Materialien weisen einzigartige Eigenschaften auf, die nur dann zur Geltung kommen, wenn die Materialstrukturen winzig klein sind. Um sich diese besonderen Eigenschaften wie spezielle Quanteneffekte zunutze zu machen, ist es wichtig, vordefinierte Nano-Strukturen gezielt herzustellen und erklären zu können, wieso diese eine bestimmte Form annehmen. Wissenschafter wollen daher genau verstehen, wie man das Wachstum von Nano-Materialien auslösen und steuern kann. Sie verfolgen verschiedene Strategien dafür. In der Natur wachsen viele organische Formen bilateral, das heißt symmetrisch in zwei unterschiedliche Richtungen.

Einem internationalen Forscherteam von der Universität Wien, der Universität Surrey (UK) und des IFW Dresden (Deutschland) gelang nun unter Anwendung einer neuartigen Methode die bilaterale Züchtung von inorganischen Nano-Materialien in einer kontrollierten Umgebung. Die Wissenschafter setzten ein Gas mit Kohlenstoff- und Eisen-Atomen bei hohen Temperaturen solange unter Druck, bis sie beobachteten, wie ganz spontan zwei Arme aus Kohlenstoff-Atomen von einem Eisenkern ausgehend zu wachsen begannen. Bei ausreichend kleinen Eisenkernen fingen die Kohlenstoff-Arme an, sich an ihren Enden spiralförmig einzudrehen, sodass die ganze Nano-Struktur eine verblüffende Ähnlichkeit mit einem gezwirbelten Schnurrbart aufweist.
„Die ermutigenden Erkenntnisse aus unseren Experimenten bieten einen sehr guten Ausgangspunkt für die kontrollierte Herstellung von außergewöhnlichen neuen Materialien mit vordefinierten Nano-Strukturen“, betont Hidetsugu Shiozawa, Erstautor der Publikation und Forscher an der Fakultät für Physik der Universität Wien.
Um mehr über den internen Aufbau der Nano-Schnurrbärte herauszufinden, schnitten die Forscher ihr Nano-Material in extrem dünne Scheiben und benützten ein Transmissionselektronenmikroskop, das ihnen einen genaueren Blick in die Scheiben ermöglichte. Wenn sich Nano-Strukturen ausbilden, entstehen strukturelle Fehlstellen im Material, die etwas über ihren Wachstumsprozess verraten. Die Art und Weise, wie die strukturellen Fehlstellen im beobachteten Fischgrätmuster der aufgeschnittenen Nano-Schnurrbärte verteilt waren, erlaubte den Blick in die Vergangenheit und lieferte weitere Informationen über die Bildung des Nano-Materials. Für künftige Anwendungen ist es wichtig, diese Erkenntnisse auf das Wachstum von Nano-Strukturen in zwei oder drei Dimensionen zu übertragen, um so regelmäßige Muster und Netzwerke auf der Nano-Skala herzustellen.
Die Forscher d veröffentlichten ihre Ergebnisse im neuen Open Access Journal des renommierten Verlagshauses Nature: Scientific Reports.
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