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Ungewöhnliche Materialeigenschaft auf Nanoebene entdeckt

NanoforschungWissenschaftler der US-amerikanischen North Carolina State University in Raleigh haben einem Bericht der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology zufolge ein überraschendes Phänomen der Materialeigenschaften von Zinkoxid-Nanodrähten nachgewiesen.

Während Zinkoxid auf Makroebene ein relativ sprödes Material ist, dass aufgrund der kristallinen Atomstruktur bereits bei mittlerer Belastung bricht, weisen die Nanodrähte aus Zinkoxid völlig entgegengesetzte Eigenschaften auf.

Die Forscher setzten die Nanostrukturen einem Druck von acht Gigapascal aus, doch anstatt wie erwartet zu brechen, verformte sich das Material.
Noch erstaunlicher als die Elastizität ist jedoch, dass sich die Nanodrähte bei Nachlassen des Drucks wieder in ihre Ausgangsform zurückbogen.

Zunächst schnellten die Drähte zurück, blieben dabei jedoch noch deutlich gekrümmt. Nach etwa 20 Minuten hatten sie sich jedoch vollständig in ihre ursprüngliche Form zurückgebogen.

Bei näherer Untersuchung mithilfe einer Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie stellten die Wissenschaftler fest, dass sich die Sauerstoffatome in den Nanodrähten bei Belastung neu ordneten und die ansonsten für Zinkoxid charakteristische Kristallstruktur somit vorübergehend veränderten.

Bei der Rückformung begaben sich die Sauerstoffatome wieder an ihre ursprünglichen Positionen und stellten die kristalline Atomstruktur somit wieder her.

Dieses für Zinkoxid völlig untypische, sogenannte anelastische Verhalten stellt allerdings nicht nur eine bemerkenswerte Grundlagenerkenntnis dar, sondern birgt durchaus bereits Anwendungspotential.

So ließen sich grundsätzlich Zinkoxid-Nanodrähte als eine Art Stoßdämpfer in mikromechanischen Geräten einsetzen. Bisher fehlt in der Nanotechnologie ein Material mit vergleichbaren Eigenschaften.

Mögliche Einsatzbereich sind in der Elektronikbranche denkbar, etwa für besonders robuste Prozessoren. Insbesondere die Medizintechnik könnte langfristig von der Entdeckung profitieren, um beispielsweise implantierte Mikrochips vor zu starker Erschütterung zu schützen.

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