Nanopartikler graver verdens mindste tunneler

Verdens mindste tunneler har kun en bredde på få nanometer. Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) og Rice University, USA, har gravet sådanne tunneler ind i grafitprøver. Dette vil gøre det muligt at strukturere det indre af materialer gennem selvorganisering i nanometerområdet og skræddersyning af nanoporøs grafit til applikationer inden for medicin og batteriteknologi. Resultaterne er nu præsenteret i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation .

Tunnelerne er fremstillet ved at anvende nikkelnanopartikler på grafit, som derefter opvarmes i nærvær af brintgas. Overfladen af ​​metalpartiklerne, som kun måler nogle få nanometer, fungerer som en katalysator, der fjerner carbonatomerne i grafitten og omdanner dem ved hjælp af brint til gassen metan. Gennem kapillarkræfter, nikkelpartiklen trækkes ind i det "hul", der dannes og borer sig igennem materialet. Størrelsen af ​​tunnelerne opnået i eksperimenterne var i området fra 1 til 50 nanometer, hvilket omtrent svarer til en tusindedel af diameteren af ​​et menneskehår.

For at bevise den virkelige eksistens af disse grafittunneler, forskerne har gjort brug af scanning elektron og scanning tunneling mikroskopi. "Mikroskoper, faktisk, billede kun de øverste lag af prøven, "de vigtigste forfattere af undersøgelsen, Maya Lukas og Velimir Meded fra KIT's Institute of Nanotechnology, forklare. "Tunnellerne under disse øverste lag, imidlertid, efterlade atomare strukturer på overfladen, hvis forløb kan spores, og som kan tildeles nanotunnellerne ved hjælp af de meget detaljerede scanning tunneling mikroskopi billeder og baseret på computeriserede simuleringer." dybden af ​​tunnellerne blev bestemt præcist ved hjælp af en række billeder taget af et scannende elektronmikroskop fra forskellige perspektiver.

Der anvendes porøs grafit, for eksempel, i elektroderne på lithium-ion-batterier. Opladningstiden kan reduceres ved hjælp af materialer med passende porestørrelser. Inden for medicin, porøs grafit kunne tjene som en bærer af lægemidler, der skal frigives over længere perioder. Udskiftning af grafit med ikke -ledende materialer, f.eks. bornitrid, med atomare strukturer svarende til grafit, tunnelerne kunne tjene som grundstrukturer for nanoelektroniske komponenter såsom nye sensorer eller solceller.