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Einführung und Übersicht

Fraunhofer Allianz Nanotechnologie
 

Nano ist eine Vorsilbe, die den Milliardsten-Teil von etwas kennzeichnet (10-9), kommt aus dem Griechischen und bedeutet wörtlich übersetzt: Zwerg. Es geht also tatsächlich um etwas sehr kleines, nicht nur unsichtbar für die Augen sondern z.B. auch nicht sichtbar mit konventionellen Mikroskopen. Technologie bedeutet das Anwenden von Wissen in technischen Prozessen, also zur Herstellung von Produkten. Was kann also so besonders sein an etwas was man fast nicht wahrnehmen kann und wie kann man daraus Produkte herstellen, für die extreme Zuwachsraten in der Zukunft vorhergesagt werden?

Beschleunigt und teilweise sogar erst ermöglicht wurde die Entwicklung der Nanotechnologie durch die Möglichkeiten der Rastertunnel- bzw. Rastersondenmikroskopie die Mitte der 80 Jahre des vergangenen Jahrhunderts von IBM entwickelt wurde. Damit ist es möglich nicht nur einzelne Atome "sichtbar" zu machen sondern sie auch mit speziell ausgerüsteten feinsten Spitzen zu manipulieren.

Nicht zu verwechseln ist die Nanotechnologie mit den Nanowissenschaften, also dem Studium nanoskalig aufgebauter Systeme, die Basis für zukünftige Produkte und Verfahren sein können. Dazu gehören zum Beispiel auch viele biologische Systeme, die in ihren Funktionseinheiten sicher nanoskalig aufgebaut sind (Beispiel DNA), die Grundlage des Lebens sind.

  Übersicht Anwendungen

Hier kann und muss man unterscheiden zwischen Anwendungen, die teilweise schon Jahrzehnte unseren Alltag bestimmen, von denen wir aber erst in den letzten Jahren erkannt haben, dass sie auf nanoskaligen Systemen beruhen und Anwendungen, die in Zukunft völlig neue Produkte ermöglichen.

Zur ersten Gruppe gehören so "banale" Dinge wie z.B. Filme, Tinten, Pigmente, ultradünne Schutz- und Funktionsschichten (auf Werkzeugen, kratzfesten Kunststoffbrillengläsern, in Datenspeichern, als easy-to-clean oder sogar selbstreinigende Oberflächen etc.) die alle auf feinstverteilten Partikeln oder Schichten beruhen. Ihre Funktion wird durch die Grösse der Komponenten wesentlich mitbestimmt oder erst ermöglicht. Dies ist eines der Charakteristika von Nanomaterialien: Das Ausnutzen von Effekten, die auf der Grösse beruhen wie z.B. optische Eigenschaften - wie Lichtabsorption in Metallen und Halbleitern oder Streuung von Partikeln (diese verschwindet fast vollständig, sobald die Teilchen unterhalb von ca. 50 nm gross sind), magnetische oder elektrische Eigenschaften, mechanische Eigenschaften wie Härte sowie Verarbeitungseigenschaften (niedrigere Schmelz- und Sintertemperaturen) und viele mehr. Man versucht also veränderte Materialeigenschaften auszunutzen, die unterhalb von ca. 100 nm immer deutlicher zu Tage treten.

Dies wird besonders bei der zweiten Gruppe von Systemen deutlich, die in den letzten 10-15 Jahren entdeckt und untersucht wurden wie z.B. den Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes CNT), die in unterschiedlichen Varianten hergestellt und modifiziert werden können. Sie weisen Durchmesser im Bereich von ca. 2-10 nm auf und können in Längen bis zu einigen 100 µm hergestellt werden. Ihre Eigenschaften sind einzigartig: extrem hohe Festigkeit und Steifigkeit, hohe elektrische Leitfähigkeit, sehr gute Wärmeleitfähigkeit etc. Hier gibt die Phantasie der Materialentwickler viel her wie z.B. höchstauflösende Displays mit extrem niedrigem Energieverbrauch, ultrafeste Fasern, die es erlauben einen Aufzug für Satelliten in den Orbit zu konstruieren, extrem miniaturisierte elektronische Schaltungen und vieles mehr. Bislang sind die meisten dieser Anwendungen jedoch noch nicht realisiert wobei die Schwierigkeiten bei der Herstellung dieser Nanotubes eine grosse Rolle spielen. Die Erzeugung von CNT mit möglichst reproduzierbaren Eigenschaften zu erträglichen Preisen (Marktpreise zur Zeit > 200 Euro/g für einwandige CNT guter Qualität) ist eine Herausforderung.

 

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