Kohlenstoff-Nanotubes

Graphen

Diese Kohlenstoff-Modifikation wurde erst 2004 zum ersten Mal hergestellt. Bei Graphen (Betonung auf der letzten Silbe!) handelt es sich um eine einzelne Graphit-Schicht.

Graphen
Quelle: Wikipedia, Autor: Jynto / CC0
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Die C-Atome sind also sp²-hybridisiert und mit je drei anderen C-Atomen verbunden. Auch hier überlappen die p_z-Orbitale, und die delokalisierten pi-Elektronen dieser Orbitale halten sich oberhalb und unterhalb dieser Schicht auf. Graphen zeichnet sich durch außergewöhnliche physikalische Eigenschaften aus, zum Beispiel ist eine Graphenschicht 125 mal zugfester als eine gleichdicke Stahlschicht.

Nanotubes

Eine Graphenschicht kann mit einem Blatt Papier verglichen werden, nur ist sie ein paar Tausend Mal dünner als ein Blatt Papier. Ein Blatt Papier kann man aufrollen, und genau das Gleiche kann man auch mit einer Graphenschicht machen.

Kleines Experiment für zu Hause: Wir drucken ein Graphenmuster aus und rollen das Papier zu einer Röhre zusammen:

Zusammengerollt ergibt eine Graphenschicht eine Nanoröhre bzw. einen Nanotube
Autor: Ulrich Helmich

Schon haben wir eine Nanoröhre oder besser gesagt, das einfache Modell einer Nanoröhre. Echte Nanoröhren haben Durchmesser von weniger als 100 nm. Die Herstellung solcher Nanotubes ist nicht einfach, daher konnte man bisher nur ca. 55 cm lange Röhren herstellen ^[1].

Nanotubes können einlagig sein oder auch mehrlagig. In einer größeren Nanoröhre befindet sich dann eine etwas kleinere, in der wieder eine kleinere Nanoröhre ist und so weiter.

Eine dreilagige Nanoröhre
Quelle: engl. Wikipedia, Autor: Eric Wieser
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Die physikalischen Eigenschaften von Nanotubes sind spektakulär, sie leiten den elektrischen Strom und sind vor allem extrem zugfest. In dem Roman "Die drei Sonnen " des chinesischen Autors Liu Cixin wird ein Seil aus Nanotubes über den Panamakanal gespannt, um ein durchfahrendes großes Schiff sauber in mehrere Scheiben zu zerlegen. Andere Autoren spekulieren von Weltraum-Fahrstühlen, die an Nanoseilen befestigt in einen Erdorbit fahren.