Inhaltsangabe: Nanotechnologie

Extralange Moleküle
Kohlenstoff-Nanoröhrchen dehnen sich aus

Kontext: Kaum mehr als einen Nanometer breit, sind Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu Superstars der Nanowelt geworden: ungewöhnlich stark, elektrisch leitfähig und stabil bei hohen Temperaturen. Fasern aus Nanoröhrchen sollten diejenigen aus bestehenden Materialien übertreffen. Die Länge der Röhren – die meisten sind nur Zehntelmillimeter lang – erfordert jedoch, dass sie für Spitzenleistungen aneinandergereiht werden. Jetzt haben Forscher des Los Alamos National Laboratory und der Duke University zentimeterlange Nanoröhren hergestellt, deren Länge nur durch die Größe der Kammer bestimmt wird, in der sie hergestellt wurden.

Was kommt als nächstes für Google

Diese Geschichte war Teil unserer Januar-Ausgabe 2005



  • Siehe den Rest der Ausgabe
  • Abonnieren

Methoden und Ergebnisse: Das Team von Los Alamos synthetisierte die Nanoröhren, indem es Ethanoldämpfe bei 900 °C über einen Eisenkatalysator strömen ließ, der auf einen Siliziumwafer gespottet wurde. Aus diesen Katalysatorflecken wuchsen Röhren; der Katalysator wurde entlang der Waferoberfläche in Richtung des Gasstroms geschoben. Die längsten Röhren wuchsen als gerade Linie über die Länge des Siliziumwafers auf vier Zentimeter an und endeten nur am Rand des Wafers.

Warum es wichtig ist: Bündel von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, gesponnen als Fasern, wurden für Anwendungen beworben, bei denen es auf hohe Festigkeit und geringes Gewicht ankommt, von Sportgeräten wie Golfschlägern oder Tennisschlägern bis hin zu Science-Fiction-Träumen von Aufzügen, die sich in den Weltraum erstrecken. Obwohl die kürzeren Rohre selbst viele vielversprechende Anwendungen haben, haben Bündel davon aufgrund schwacher Verbindungen zwischen den Rohren ihr Potenzial nicht ausgeschöpft. Die Verlängerung der Röhren reduziert diese Probleme und bringt die Forscher näher daran, die bemerkenswerte Stärke und Leitfähigkeit von Nanoröhrenbündeln auszunutzen. Aber die Forscher von Los Alamos und Duke haben mehr als nur eine Technologie vorangebracht; sie haben das Undenkbare getan und einzelne Moleküle so lang wie eine Büroklammer aufgebaut.

Quelle: Zheng, L.X. et al. (2004)Ultralange einwandige Kohlenstoffnanoröhren. Naturmaterialien 3: 673-6.

Nanokessel
Ein freundlicherer Weg zu Zeolithen

Kontext: Mineralien, die als Zeolithe bezeichnet werden, sind für die industrielle Chemie unerlässlich, da sie dazu beitragen, Rohöl in nützliche Chemikalien umzuwandeln, einschließlich der Materialien, die in Kunststoffen verwendet werden. Durch die drastische Reduzierung der Petrochemikalienkosten machen Zeolithe alles von Pillen bis hin zu Taschenschützern erschwinglicher. Jetzt haben Forscher der University of St. Andrews in Schottland einen Weg gefunden, diese nanostrukturierten Mineralien nicht nur billiger, sondern auch schneller, sicherer und weniger toxisch herzustellen.

Methoden und Ergebnisse: Zeolithe werden normalerweise in heißem Wasser bei gefährlich hohen Drücken hergestellt. Die Mineralien sind mit nanometergroßen Poren durchsetzt; Moleküle, die in diesen Poren versteckt sind, reagieren schnell und sauber. Chemiker erzeugen die Zeolithe durch eine Kondensationsreaktion, bei der mineralische Vorläufer Moleküle, die als Template hinzugefügt wurden, einkapseln und einen porösen Feststoff bilden. Anstatt Zeolithe in Wasser herzustellen, verwendeten Emily Cooper, eine Chemie-Postdoc in St. Andrews, und ihre Kollegen flüssige Salze bei relativ niedriger Temperatur. Diese Flüssigkeiten bestehen aus geladenen Molekülen oder Ionen, sodass mineralische Vorläufer direkt um sie herum kondensieren, sodass keine Templaten erforderlich sind. Danach werden die Salzionen entfernt und hinterlassen eine Struktur mit nanometergroßen Löchern. Die Rezeptur ergab fünf neue nanoporöse Materialien; zwei vertretene Klassen, die noch nie zuvor gesehen worden waren.

Warum es wichtig ist: Das Standardverfahren zur Herstellung von Zeolithen ist teuer und gefährlich und erfordert spezielle Ausrüstung. Mit der neuen Technik soll sogar ein Hochschullabor in der Lage sein, sie herzustellen. Die Millionen möglicher Salzzusammensetzungen, die durch dieses Verfahren hergestellt werden, könnten zur Schaffung von Zeolithfamilien mit völlig neuen Funktionen führen, die zu besseren und billigeren Alltagsprodukten führen.

Quelle: Cooper, E. R. et al. (2004)Ionische Flüssigkeiten und eutektische Mischungen als Lösungsmittel und Templat bei der Synthese von Zeolith-Analoga. Natur 430: 1012-6.

Muss scharf aussehen
Rasterkraftmikroskopie macht elektrische Messungen

Kontext: Die Korrosionsrate in Geräten wie Batterien und Halbleitern wird oft durch Unvollkommenheiten im Nanometerbereich bestimmt. Leitende Rasterkraftmikroskope (AFMs) können diese Nanofehler abbilden, aber um ihre elektrischen Eigenschaften genau zu messen, muss man wissen, wie viel von der scharfen leitfähigen Spitze des Mikroskops mit der aktiven Oberfläche in Kontakt kommt. Mithilfe eines mathematischen Modells haben Ryan O’Hayre, Assistenzprofessor am Department of Mechanical Engineering der Stanford University, und seine Kollegen einen Weg gefunden, diese Kontaktfläche indirekt zu messen, die Grenzen der Mikroskopie mit leitfähiger Spitze zu überwinden und die Qualitätskontrolle zu verbessern.

Facebook und die Wahl

Methoden und Ergebnisse: Die Forscher verwendeten eine platinbeschichtete AFM-Spitze, um die Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff an der Oberfläche einer Polymer-Brennstoffzellenmembran zu überwachen; Die Brennstoffzelle wurde gewählt, um zu zeigen, dass nanoskalige Messungen mit makroskaligen Ergebnissen korrelieren können. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt davon ab, wie viel Kraft die Spitze auf die Membran ausübt: Die Kraft drückt die Materialien zusammen, verformt sie sich leicht und vergrößert so die Wechselwirkungsfläche zwischen beiden. Vor allem zeigten die Forscher, dass sich die Wechselwirkungsfläche durch die Bestimmung der Härte der Membran abschätzen lässt, begleitet von einigen Annahmen und mathematischen Tricks. Die Forscher experimentierten über drei Größenordnungen der Kraft zwischen Spitze und Probe, und ihre Ergebnisse stimmten alle mit konventionellen Experimenten überein, was sie glaubwürdiger machte.

Warum es wichtig ist: Die Durchführung von AFM kann elektrische Messungen von Halbleitern, Brennstoffzellen, Batterien und anderen Geräten im Nanobereich auflösen. Aber während es möglich war, relative Änderungen der Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Kapazität und Impedanz über die Oberfläche einer einzelnen Materialprobe zu messen, war es unmöglich, solche Messungen zwischen Materialien zu vergleichen. Die Durchführung von AFM konnte zwar Fehler finden, konnte aber deren absolute Schwere nicht messen, da verschiedene Materialien auf unterschiedliche Weise mit der AFM-Spitze wechselwirkten. Diese Verfeinerung kann leitfähiges AFM von einem Forschungsinstrument in ein nützliches Werkzeug in einer Reihe von Industrien verwandeln.

Quelle: O’Hayre, R. et al. (2004)Quantitative Impedanzmessung mit Rasterkraftmikroskopie. Zeitschrift für Angewandte Physik 96: 3540-9.

verbergen

Tatsächliche Technologien

Kategorie

Unkategorisiert

Technologie

Biotechnologie

Technologierichtlinie

Klimawandel

Mensch Und Technik

Silicon Valley

Computer

Mit News Magazine

Künstliche Intelligenz

Platz

Intelligente Städte

Blockchain

Reportage

Alumni-Profil

Alumni-Verbindung

Mit News Feature

1865

Meine Sicht

77 Mass Avenue

Treffen Sie Den Autor

Profile In Großzügigkeit

Auf Dem Campus Gesehen

Lerne Den Autor Kennen

Alumni-Briefe

Nicht Kategorisiert

77 Massenallee

Rechnen

Tech-Richtlinie

Lernen Sie Den Autor Kennen

Nachrichten

Wahl 2020

Mit Index

Unter Der Kuppel

Feuerwehrschlauch

Unendliche Geschichten

Pandemie-Technologieprojekt

Vom Präsidenten

Titelstory

Fotogallerie

Empfohlen