Unterschiedliche Reibungseigenschaften überraschen Forscher Nanoröhrchen: Reibung quer höher als längs - scinexx | Das Wissensmagazin
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Unterschiedliche Reibungseigenschaften überraschen Forscher

Nanoröhrchen: Reibung quer höher als längs

Bei der Bewegung der Sonde eines Rasterkraftmikroskops entlang der Längsachse eines Kohlenstoff-Nanotubes wird die Reibung weitgehend von steifen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen verursacht und das Nanotube wird kaum deformiert (linkes Bild). Bei einer Bewegung senkrecht zur Längsachse des Nanotubes kommt eine Gesamtverformung des Nanotubes hinzu, die einem "verhinderten Rollen" ähnelt und eine weitere Quelle für Reibungverluste darstellt (rechtes Bild). © Universität Hamburg

Kohlenstoff-Nanoröhrchen besitzen eine höhere Reibung und reagieren „weicher“ in Querrichtung als in Längsrichtung. Das ist das überraschende Ergebnis von Versuchen in einem Rasterkraftmikroskop. Wie das internationale Forscherteam in „Nature Nanotechnology“ berichtet, können diese Erkenntnisse helfen, die hervorragenden Eigenschaften von Nanotubes besser zum Einsatz zu bringen, beispielsweise in ultraleichten Materialien im Flugzeugbau oder als künstliche Muskeln.

Reibungskräfte sind bei einer Vielzahl von Vorgängen in unserem täglichen Leben, wie zum Beispiel beim Spielen von Streichinstrumenten, beim Tangotanzen und beim Autofahren von Bedeutung. Molekulare Nanoröhren aus Kohlenstoff, sogenannte Kohlenstoff-Nanotubes, sind bekannt für ihre hervorragenden thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Über ihre Reibungseigenschaften war bisher sehr wenig bekannt. Wissenschaftler der Universität Hamburg, aus Italien und den USA kamen nun zu überraschenden Ergebnissen:

Mit Hilfe eines Rasterkraft-Mikroskops untersuchten sie die Reibungskräfte parallel und quer zur Nanoröhrchen-Achse. Erstaunlicherweise fanden sie einen bis zu 20-mal höheren Reibwert in Querrichtung als in paralleler Richtung. Die Untersuchungen ergaben, dass nicht nur die elastischen Verformungen der steifen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen eine Rolle spielen, sondern auch eine viel weichere Gesamtbewegung der Kohlenstoff-Röhrchen, ähnlich einem „verhindertem Rollen“. Diese „Weichheit“ ist die Quelle der zusätzlichen Reibungsverluste in Querrichtung und damit der erhöhten Reibung.

Die Erkenntnisse helfen, die mechanischen Eigenschaften von Nanotubes besser zu verstehen und ihre hervorragenden thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften besser auszunutzen. Die Kohlenstoff- Nanotubes könnten so in vielen Anwendungsbereichen der Materialwissenschaft, beispielsweise in der Medizintechnik, im Flugzeugbau oder auch in der Elektronik, neue Herstellungsverfahren einleiten.

(Universität Hamburg, 15.09.2009 – NPO)

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