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Montag, 27.03.2017
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Nanoauto aus nur einem Molekül

Erster Schritt zu molekularen Maschinen

Auch in der Nanowelt kann jetzt gefahren werden: Wissenschaftler haben das erste, aus nur einem einzigen Molekül bestehende „Nanoauto“ gebaut. Nach Ansicht der Forscher könnte dies ein erster wichtiger Schritt hin zu der Entwicklung weiterer molekularer Maschinen sein.
Nanoauto

Nanoauto

Organische Molekülgruppen bilden die Karosserie des Nanoautos und bewegliche, frei rotierende Achsen. Die Räder bestehen aus Fullerenen, fussballähnlich geformten Hohlkugeln aus jeweils 60 Kohlenstoffatomen. Der gesamte Wagen misst gerade mal drei bis vier Nanometer und ist damit nur knapp breiter als ein DNA-Strang. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von rund 80.000 Nanometern.

Konstruktion nach dem „Bottom-Up“-Prinzip


„Die Synthese und das Testen von Nanoautos und anderen molekularen Maschinen gibt und entscheidende Einblicke in das Prinzip der ‚Bottom-Up’- Nanotechnologie“, erklärt James M. Tour, einer der beiden wissenschaftlichen Leiter des Projekts und Professor für Chemie, Materialforschung und Computerwissenschaften an der amerikanischen Rice Universität. „Wir wollen Objekte in molekularem Maßstab bewegen und in kontrollierter Form arbeiten lassen und diese Vehikel sind hervorragende Testobjekte dafür. Sie helfen uns, die Grundregeln zu lernen.“

Nahezu acht Jahre arbeiteten die Forscher daran, die Herstellungstechniken für ihr Nanovehikel zu perfektionieren. Einen Großteil dieser Zeit brauchten sie, um einen Weg zu finden, wie sich die Fullerenräder beweglich an die Karosserie und Achsen befestigen ließen ohne dass der gesamte Aufbau in sich zusammenfiel. Denn die Forscher setzten Palladium als „Kleber“ für die Verbindung von Chassis und Achsen ein, die Fullerene jedoch neigten dazu, genau diese Verbindung wieder zu unterbrechen. Doch am Ende waren sie erfolgreich: Ihr Nanoauto fuhr.


Erstes fahrtüchtiges Nanovehikel


Zwar haben auch andere Forschergruppen bereits autoähnlich aussehnende Nanoverbindungen konstruiert, keines von diesen jedoch funktionierte auch wie ein Fahrzeug. Das Rice-Nanoauto dagegen ist das erste, das tatsächlich auf seinen vier Rädern in eine senkrecht zu seinen Achsen stehende Richtung rollen an.

Um das zu überprüfen analysierte Computerforscher Kevin F. Kelly, Experte für Rastertunnelmikroskopie, mit seiner Forschergruppe die Bewegungen des neuen Nanoautos im Mikroskop. „Es ist ziemlich leicht, Nanoobjekte zu bauen, die auf einer Oberfläche herumgleiten”, erklärt Kelly. „Aber nachzuweisen, dass wir tatsächlich rollen – und nicht rutschen oder gleiten – war einer der schwierigsten Teile dieses Projekts.“

Um das zu erreichen maßen die Wissenschaftler die Bewegung des Vehikels auf einer Goldoberfläche. Bei Raumtemperatur halten starke elektrische Bindungen die Fullerenreifen am Gold fest, erhitzt man jedoch die Goldoberfläche auf 200 Grad, gibt das Gold sie frei und sie können rollen. Aufnahmen des Rastertunnelmikroskops, die die Forscher im Minutentakt machten, zeigten deutlich die jeweils veränderte Position von Auto und Rädern. Inzwischen haben die Nanokonstrukteure ihren Fahrzeugpark sogar noch erweitert und ein lichtgetriebenes Nanofahrzeug sowie einen Nanotruck entwickelt, der sogar Nutzlast aufnehmen kann.
(Rice University, 21.10.2005 - DLO)
 
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