Britse fysici spinnen lange nanodraden van puur koolstof

Materiaaldeskundigen aan de Universiteit van Cambridge hebben in een hete oven holle draden van koolstofatomen gesponnen met een lengte van circa honderd meter. De stijve draden zijn een verlengde versie van zogeheten `nanotubes', holle buisjes van een opgerold laagje grafiet met een diameter vanaf enkele nanometers (Science, online, 11 maart). Cees Dekker, hoogleraar biofysica in Delft spreekt van een doorbraak in dit vakgebied.

Nanobuisjes van zuivere koolstof zijn stijf en sterk en hebben bijzondere elektronische eigenschappen. Afhankelijk van de manier waarop de grafietlaagjes zijn opgerold, gedragen de buisjes zich als halfgeleiders of metalen. Omdat nanobuisjes elektriciteit beter geleiden dan koper zouden ze in theorie uitstekend gebruikt kunnen worden als elektriciteitskabels. Het maken van nanobuisjes met een lengte van meer dan enkele micrometers heeft tot op heden echter veel problemen opgeleverd. De lengte van de nanobuizen die het team onder leiding van Alan H. Windle nu heeft gemaakt is in theorie onbeperkt. Behalve voor elektriciteitsdraden is het spinnen van lange ketens van nanobuizen ook van belang voor de toepassing ervan in sterke vezels.

De onderzoekers in Cambridge maakten gebruik van een vorm van chemische dampdepositie (chemical vapor deposition). Daartoe wordt vloeibare ethanol vermengd met een ijzerhoudende katalysator (ferroceen) en van bovenaf geïnjecteerd in een buisvormige oven met waterstofgas en een temperatuur van tussen 1.050 en 1.200 °C. Het ethanol valt door de hitte uiteen (dissociatie) zodat losse koolstofatomen kunnen recombineren tot de gewenste nanobuisjes.

De hete, buisvormige ovenwand stoot de koolstofatomen af, zodat ze blijven hangen als een uitgerekte gaswolk die op zijn plaats `bevroren' is, de onderzoekers spreken van een elastische damp (aerogel). Deze aerogel heeft de vorm van een bundel nanobuisjes, met een diameter van 1,6 tot 3,5 nanometer. Afhankelijk van de temperatuur in de oven en snelheid waarmee waterstofgas door de oven stroomt vormen zich nanobuisjes met een wand die bestaat uit één of meerdere lagen koolstofatomen.

De onderzoekers zijn erin geslaagd de aerogel als een lange draad uit de oven te trekken en op te rollen. Ze gebruikten daarvoor een draaiend staafje onderaan de oven. Volgens de onderzoekers zijn de koolstof nanodraadjes die zet met hun procédé verkregen relatief zuiver.