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Posted: September 14, 2009

Kohlenstoff-Nanotubes zeigen unterschiedliche Reibungseigenschaften

(Nanowerk News) Wissenschaftler/innen der Universität Hamburg, aus Italien und den USA kamen in einer gemeinsamen Studie zu überraschenden Ergebnissen: Mikroskopisch kleine röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoff, Kohlenstoff-Nanotubes genannt, zeigen unterschiedliche Reibungseigenschaften parallel und quer zur Nanotube-Achse.
Erstaunlicherweise fanden die Wissenschaftler/innen einen höheren Reibwert in Querrichtung als in paralleler Richtung. Diese Erkenntnisse können helfen, die hervorragenden Eigenschaften von Nanotubes besser zum Einsatz zu bringen, beispielsweise in ultraleichten Materialien im Flugzeugbau oder als künstliche Muskeln.
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
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).
Reibungskräfte sind bei einer Vielzahl von Vorgängen in unserem täglichen Leben, wie z. B. 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. Die Wissenschaftler/innen von 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 Nanotube-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, z. B. in der Medizintechnik, im Flugzeugbau oder auch in der Elekronik, neue Herstellungsverfahren einleiten.
Ein ausführlicher Artikel zur Studie erschien am 13.9.09 in dem Fachjournal Nature Materials (Advance online publication).
Source: Uni Hamburg
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