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spiralig propagierende Nanoröhrchen Maurer - Reaktion
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Kennt sich Jemand mit Ringöffnungspolymerisationen aus ?

Ich habe mir eine Nanoröhrchen-
Spiralpolymerisationsreaktion ausgedacht, und wüsste
gerne ob soetwas funktionieren kann.

Der Anwendungszweck sind neuartige Solarwerkstoffe.






Die Maurer-Reaktion

1) Ohne das Monomere in seiner Umgebung wartet der Katalysator geduldig in der
Spiralstufe. Er ist kurz angebunden, und kann mit keinem seiner beiden Nachbarringe
auf der Rohrwand reagieren.

2) Ab und zu kommt in der verdünnten Lösung ein Monomerbaustein vorbei.

3) Er gerät in Methathese mit dem fixierten Katalysator.

4) Dann hat er den Ring vollends geöffnet, und das Monomere ist eine Bindung
zur Spiralstufe eingegangen, auf der vorher der direkte Katalysator saß. Der Katalysator
hat sich das verbleibende freie Ende gegriffen, und ist um einen Monomerbaustein
verlängert.

Der verlängerte Katalysator kann nicht auf die obere Spiralstufe gelangen.
Dafür sind die Monomermoleküle vorsorglich zu lang gebaut.
Der Kern des Monomermoleküls ist steif, so dass die beiden Ringe
an beiden Enden immer auf Distanz gehalten werden.

Sie haben auch genau die richtige Breite, so dass der verlängerte Katalysator genau
im optimalen Aufenthaltsmaximum des benachbarten Rings auf der Rohrwand
liegt.

Dann ist die kritische Zeit recht kurz, in der kein Monomeres die Reaktion
stören darf. Das ist auch der Grund für die geringe Monomerkonzentration.
Je geringer die Konzentration, desto geringer ist die Störwahrscheinlichkeit,
die zum Abbruch der ordentlichen Rohrbau-Reaktion und zu einsträngigem
Polymersallat führt.

Eventuell wirken die Anhängsel am zentralen Metallatom des Katalysators
als Schirme. Geschirmte Rohrbau-Reaktionen können schnell ablaufen,
ungeschirmte sind notwendigerweise etwas langsamer.

5) So findet der verlängerte Katalysator recht bald seinen Nachbarring auf der Rohrwand.
Er gerät in Methathese, und der Ring öffnet sich. Dann hat sich der Baustein auch mit dem
zweiten Bein eingebaut. Der Ring auf der Rohrwand wurde geöffnet, und der Anfangszustand
wurde erreicht.

1) Ein Katalysator wartet in der Spiralstufe.

Wenn sich ein Monomeres dort einfindet, dann springt die doppelte
Ringöffnungsreaktion an, baut ihn ein, und die Nanoröhre hat sich
einen weiteren Schritt voran geschraubt.
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Willkommen im Forum! Very Happy

Ich finde, es klingt plausibel, aber ich kenne mich damit auch nicht unbedingt genau aus. Auf jeden Fall klingt das sehr interessant; hast du denn die Möglichkeit, das auszuprobieren?

_________________
"It is arguably true that the tetrapyrrole system is Nature's most remarkable creation."
- Claude Rimington
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Leider habe ich nicht die Möglichkeit zu Experimenten.

Aber ich habe schon eine Idee, wie so eine Formel ungefähr aussehen kann.





Das rot gestrichelte soll die Quantengitterröhre sein, in der später der Solarstrom fließt.
Die seltsamen Bälle sind funktionelle Gruppen zur Anpassung von Bandlücke,
Fermi-Niveau und Oberflächenfunktionalität.

Die Motivation für eine Nanoröhrchen-Polymerisationsreaktion besteht darin,
daß man durch einfachen Austausch des Monomeren zu einer bifunktionellen
Nanoröhre gelangen kann, die auf der einen N-leitend und auf der anderen Seite
P-leitend ist. Und auf der einen Seite mit polaren Gruppen bestückt ist, und
auf der anderen mit unpolaren. Dann entsteht die Solarzelle an der Grenze
zwischen polarem und unpolarem Lösungsmittel.

Dafür habe ich mir ein komplettes Solarfolien-Produktionsverfahren überlegt.
Aber ich will die Leser nicht gleich überfordern, wie in meinem schlechten und
übereilten Solarstäbchen-Artikel von Chemieonline.
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Wie wird eigentlich sicher gestellt, dass die Moleküle eine Röhre und keine flache Platte bilden?
Und wie wird der Durchmesser der Röhre festgelegt?

Was mir einfiele, wäre dass die Moleküle, die zu der Röhre verbaut werden, eine natürliche Krümmung haben?
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ähh, ok... nun nochmal langsam zum mitdenken Wink

Was genau soll bitte diese Quantengitterröhre sein? Den Begriff höre ich hier zum ersten mal.

Wo sollen die Ladungsträger für den Stromfluss sein und welche funk. Gruppen sollen für eine p- oder n-Dotierung sorgen?
Soll das ganze System hinterher in einem dünnen Film aus Lösemittel "schwimmen" oder fest, evtl. molekular mit dem substrat verbunden, vorliegen?

grundsätzlich scheint die Idee ja recht interessant...

"normale" Nanotubes verhalten sich bei Stromfluss sehr ungewöhlich, siehe Google, Suchbegriff: "Radio aus Nanotubes"

_________________
...auf der Steuerflucht erschossen! Twisted Evil
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Die Probleme stecken im Detail !
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Erste Frage: Warum können sie nicht eine Platte bilden ? Wie legt man man den

Durchmesser fest ?


Antwort: Vermutlich werden sie ohne den richtigen Starter überhaupt keine
Nanoröhre bilden, sondern vorwiegend einsträngige Polymere.

Die Maurer-Reaktion könnte genauso gut am Rand eines einsträngigen Polymers
weiter laufen.

Dann bekäme man Polymerbänder heraus, die man gerade noch so im Rastertunnelmikroskop
erkennen könnte. Dann hätte man schon ein Indiz, daß die Maurer-Reaktion grundsätzlich
funktioniert.

Vielleicht bilden sich in diesem Polymersallat ganz geringe Mengen von Nanoröhren
von zufälligem Durchmesser. Die trennt man sortenrein, und gewinnt eine
winzige Menge der richtigen Sorte. Die wird mit speziellen Verfahren in Bruchstücke
zerlegt, die dann weiter wachsen. Zu Nanoröhren mit dem richtigen Durchmesser und der
richtigen Chiralität. Dann läßt man die Bruchstücke weiter wachsen, und hat eine
größere Menge, die man abermals abtrennen kann. Erneut werden die Röhrchen
abgetrennt, zerlegt, und man läßt sie weiter wachsen. So hat man man eine
noch größere Menge erzeugt, in geometrisch weiter wachsender Gesetzmäßigkeit.
Dann kann man die richtige Sorte immer weiter züchten und clonen. Wobei das
Monomere dann mit großer Ausbeute in die richtige Sorte umgesetzt wird.

Wenn die Monomere die Tendenz haben, eine bestimmte Röhrchensorte zu bilden,
und andere mit geringerer Wahrscheinlichkeit, dann kann man eventuell auf das
Trennverfahren im Spiralinitiator-Clonekreis verzichten.



Zweite Frage: Was ist eine Quantengitterröhre ?

Was ich so gestrichelt gezeichnet habe sind abwechselnde Doppel- und
Einfach-Bindungen wie beim Polyacetylen. Polyacetylen ist ein organischer
Halbleiter, den man auch Quantendraht nennen kann. Quantendrähte sind beliebte
Spielzeuge von Physikern, die sich für den Stromfluß in sehr kleinen Strukturen
interessieren. In den Größenordnungen der Moleküle verhält sich der Strom ein wenig
anders, als in makroskopischen Körpern.

Diese rot gestrichelten Pfade aus umklappenden Einfach- und Doppelbindungen

--C==C--C==C-- <----> ==C--C==C--C==

sollen also Stromleitpfade sein. Weil sie sich zum Gitter verknüpfen, dann ist es eine
Quantengitterröhre.

Die Ladungsträger in dieser speziellen Materiestruktur sind Elektronen
in hin- und her klappenden Einfach <----> Doppelbindungen. So ungefähr,
die tieferen Geheimnisse der Materie sind quantemechanischer Natur.


Frage: Wie funktioniert das mit der Dotierung ?

Antwort: Ehrlich gesagt ist das Thema ein wenig kompliziert. Aber man kann
Indizien sammeln, und sich verschiedene Stoffklassen anschauen.
Polyacetylen läßt sich auch N- und P-dotieren. Ebenso hat Trans-
Polyacetylen eine andere Bandlücke als Cis- Polyacetylen.
Andere Forscher beschießen Graphit mit energiegeladenen
Wasserstoff- Atomen, so daß es sich ganz oder teilweise zum
Graphan umwandelt. Die Wasserstoff- Atome entziehen der Graphitlage
zwar einige Leitungselektronen, aber sie verändern auch die Bandlücke.

Erst neulich gelang es, die Elektronenstruktur von einzelnen Grpahitlagen
genauer zu bestimmen. Elektronen ind Graphitlagen reagieren äußerst empfindlich
auf ihre Umgebung.

Wieder andere Forscher tunen die Bandlücke die Bandlücke des Siliziums mit
Wasserstoff, und bringen Silizium-Chips, die normalerweise nur im infraroten
leuchten, auch im sichtbaren Bereich zum strahlen.

-----------> "tunable Bandgap" ist ein gutes Stichwort für Recherchen.



Nächste Frage: Wo schwimmt dann die Solarzelle an der Grenzfläche
zwischen polarem und unpolarem Medium ?

Antwort: Dann können Sie lauter kleine Flitterteilchen aus tensidkristallischen
Monolagen von der Grenze zwischen Öl und Wasser fischen. Aber Niemand
hätte die Muße, sie zu größeren Solarzellen zusammen zu puzzeln.

Wie Sie richtig erkannt haben, müssen sie auf Substrat aufwachsen. Wenn
ein Ende des Solarstäbchens polar ist, und das andere Ende unpolar,
dann gehört das Solarstäbchen zur Stoffklasse der Tenside. Das kann
den Aufwachsprozess erleichtern.

Die polare Lösung mit Übersättigung an unpolarem Lösungsmittel und
Solarstäbchen drin kann einen fließfähigen Ölfilm auf dem Substrat bilden.

Außerdem gibt es ein thermodynamsiches Gleichgewicht zwischen
gekippten Monolagen und den gewünschten, wo alle Stäbchen senkrecht
auf der Phasengrenze stehen. Weil die gekippten Monolagen
eine größere Mißfit-Energie haben, als die senkrechten Spaliere,
gewinnen die richtigen Domänen mit senkrechten Spalieren
im Rekristallisationsprozes. Durch Bekeimungstechniken kann
der Prozess beschleunigt werden. Wenn sie dann alle senkrecht stehen,
sind die Domänengrenzen weniger kritisch.

Dann wächst der dünne, fließfähige Ölfim mit kleinen Monolagen-
Domänen zu, den erwähnten Flitterteilchen. Wo alle Diodenstäbchen
richtig herum oriertiert sind, und von der Phasengrenze
geführt. So daß der Ölfilm schließlich komplett, überlappungs-
und kurzschlußfrei mit einer polykristallinen tensidkristallischen
Monolage zuwächst. Außerdem können gewisse Ankerpolymere
diese Monolage festhalten.

Also wäre die monolagige Solarschicht ganz sanft an einem weichen, öligen
Gelee festgeklebt. Wenn das Substrat dann getrocknet wird, diffundiert das
Öl durch die Monolage. Dann trocknet das Gelee unter der Kristallschicht, die
langsam zum Teil eines Festkörpers wird.

Wo alle Diodenstäbchen dicht an dicht stehen, und alle richtig herum.
Mit einer pefekten Quantengitterröhre als Kern und nicht irgendeinem
amorphen Polymersallat wie bei den bekannten organischen Solarzellen.
Amorpe Solarzellen sind immer schlechter, als welche mit geordneteren
Elektronenstrukturen.
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Ergänzung: Es gibt doch einen Weg
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Frage:
........... Are you scared ?..........
Antwort:
.................
Es war Vollmond, ich konnte wieder mal nicht schlafen, und war mit der Frage allein,
was das eigentlich für ein Wesen ist, diese Natura Mystica der ewigen Naturgesetze.
Wie schwer macht sie es uns Menschen wirklich, um an Technolgien zu kommen,
mit denen man auch leben kann ??
..................

..................
Da fiehl es mir wie Schuppen von den Augen, zumindest, was den Spiralinitiator angeht.

Nanoröhrchen knacken für das Clone-Verfahren birgt eine weitere Tücke in sich, wie
man an neue Ringe auf der Rohrwand kommt, mit einem sauberen Bruch an der Spiralstufe.

Aber man kann sich das einsträngige Oligomere etwas genauer anschauen.



Wenn man diese erste, einsträngige Oligomerisation nur langsam genug durchführt,
mit geringer Monomerkonzentrationen, dann hat das Oligomere genug Zeit mit sich
selbst. Wenn das ganz kurze Oligomer Zeit mit sich selbst hat, dann geschieht noch
nichts. Irgendwann wird es ein längeres Oligomeres, das wiederum Zeit mit sich
selbst hat.

Wenn sich das Band zu einem Möbius-Band verdreht, dann ist es aufgrund
der Verdrillung steifer. Dann kann es sich noch nicht zu einem Ring
mit Spiralstufe schließen. Wohl aber schafft es das unverdrillte, sich gerade so
zu biegen und zu wickeln, das das Ende gerade über den Anfang kommt, und
die erste Ringöffnungspolymerisation findet statt.

-----------------------------------------------------------------------
!!! Also entstehen doch Nanoröhrchen von selbst !!!
-----------------------------------------------------------------------

Und zwar schon relativ sortenreine mit genau dem Durchmesser,
wo es das Band gerade schafft, sich zu einem Spiralinitiator
zu biegen.

Vielleicht sind auch ein paar Möbius-Bänder dabei. Dann läuft die Maurer-
Reaktion am Rand eines Möbius-Bandes entlang, das sich dann ziemlich
bald selbst blockiert, und man kann es von den Nanoröhrchen trennen.
Ebenso kann man einige Nanoröhrchen mit dem falschen Durchmesser
abtrennen, so lange sie noch kurz sind. Dann besteht eine reale
Chanche, dass sich das Monomere mit sehr hoher Ausbeute in
eine reine Sorte von Nanoröhrchen umsetzt.

Schlimmstenfalls muß man sie fest binden, an dieser seltsamen Kugel,
so daß sie sich während des Wachstums nicht untereinander ins
Gehege kommen. Aber es gibt bestimmt einen Weg.....

... helft mir bitte auf die Sprünge mit der Chemie, ich habe das
Fach leider leider nicht studiert ....
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spiralig propagierende Nanoröhrchen Maurer - Reaktion
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