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Europäischer Erfinderpreis In die Röhre geschaut

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Baustoff für Aufzüge ins Weltall
Die Erforschung der Kohlenstoff-Nanoröhren hat den drei Wissenschaftlern die Nominierung für den Europäischen Erfinderpreis 2015 eingebracht.
Sumio Iijima mit seinen Forschungskollegen Akira Koshio (l.) und Masako Yudasaka

Die Erforschung der Kohlenstoff-Nanoröhren hat den drei Wissenschaftlern die Nominierung für den Europäischen Erfinderpreis 2015 eingebracht.

Begonnen hat Iijimas Karriere im Jahr 1971, als er als junger Forscher an der Arizona State University in den USA das weltweit erste hochauflösende Elektronenmikroskop entwickelte. Damit untersuchte Iijima die atomaren Strukturen von Materialien. Er war der Erste, der Atome in Kristallen sichtbar machte und warf 1977 als erster Mensch einen Blick auf ein einzelnes Atom, nämlich Wolfram.

1991 wollte Iijima, damals bereits Mitarbeiter des japanischen Elektronikunternehmens NEC, Fullerene erforschen, Grafit in einer erst kurz zuvor entdeckten, sonderbaren Form: Die Kohlenstoffatome sind angeordnet wie bei einem Fußball, Maschendraht als hohle Kugel. „Doch dann fiel mein Auge auf dieses nadel-artige Material, das sich bei der Produktion der Fullerene ganz nebenbei gebildet hatte.“

Zur Herstellung von Fullerenen und in der Folge auch CNT wandte man seinerzeit die sogenannte Lichtbogenentladung an, eine Gasentladung, die zwischen zwei Kohlenstoffelektroden stattfindet. „Die nadelartigen Röhrchen setzten sich in dem Ruß ab, der sich an der negativ geladenen Elektrode sammelte“, sagt Iijima.

In der Zwischenzeit sind weitere Herstellungsverfahren entwickelt worden. Das häufigste ist die sogenannte CVD-Synthese, wo Kohlenwasserstoff in einer Gasphase mittels metallischer Katalysatoren zersetzt wird und die Nanoröhrchen auf einem Substrat quasi wie Mais auf dem Acker parallel in die Höhe wachsen. Das Problem dabei: Im Produkt sind auch Reste der metallischen Katalysatoren wie Nickel, Kobalt und Yttrium eingeschlossen, die je nach Anwendung toxisch wirken oder andere unerwünschte Nebeneffekte haben.

Nanoröhren für Smartphones und Tablets

Ein reineres Verfahren hat Iijima mit Masako Yudasaka und Akira Koshio vom japanischen Institut für Industriewissenschaften und Technik 2011 patentieren lassen: Per Laser werden in einem heißem Gasplasma einzelne Stränge Kohlenstoff von einem Graphit-Stift abgelöst, auf einem gekühlten Sammelstab setzen sie sich ab und bilden die Nanoröhrchen aus. Und zwar in so reiner Form, dass sie auch in der Biomedizin eingesetzt werden können, etwa um Medikamente in winzigen Kohlenstoff-Behältern zu Tumorzellen zu transportieren. Auch Röntgenapparate ließen sich verbessern, und für elektronische Bauteile ist Reinheit ebenfalls von Vorteil.

Zur Massenproduktion jedoch taugt Iijimas Plasmamethode nicht. Indes baut der japanische Chemiekonzern Zeon eine Fabrik, in der auch mit der CVD-Synthese recht reine Nanoröhren in großen Mengen hergestellt werden. Ende dieses Jahres soll sie in Betrieb gehen. „Das könnte den Preis für CNT stark senken und ihnen zum Durchbruch verhelfen“, meint Iijima. Vor allem, weil solche Nanoröhren geeignet wären für Touchscreens von Smartphones oder Tablets. Sie würden das dort verwendete, teure Indiumzinnoxid ersetzen. Die Displays würden biegsam und robuster: Sie gehen nicht mehr kaputt, wenn ein Gerät hinfällt.

Auch weitere Einsatzgebiete rücken mit sinkenden Preisen in Reichweite: ultraschnelle Computer, effiziente Solarmodule, extrem robuste Baumaterialien und eines Tages sogar Aufzüge ins Weltall. Mit Nanotubes könnte man eine Hunderte Kilometer lange flexible, aber reißfeste Schiene bauen, auf der zum Beispiel Container zur Raumstation fahren. „Dafür bräuchte man aber Millionen von Tonnen CNT“, sagt Sumio Iijima. „Fangen wir lieber erst einmal mit Flugzeugen an.“

Das Europäische Patentamt verleiht alljährlich den Europäischen Erfinderpreis. In fünf Kategorien werden Erfinder für ihren Beitrag zur europäischen Wirtschaft und zur Weiterentwicklung der Gesellschaft geehrt. Bis zur diesjährigen Preisverleihung am 11.Juni in Paris stellt Handelsblatt Online alle 15 Nominierten und ihre innovativen Ideen vor. 

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