Nanotechnologie - von kleinen Strukturen zum großen Bild

Symbolbild für den Themenbereich Kleine Strukturen - großes Bild

Die naturwissenschaftlichen Disziplinen Physik, Chemie und Biologie bilden die Fundamente der Nanotechnologie, zusammen mit zahlreichen weiteren Bereichen, beispielsweise den Werkstoffwissenschaften. In der unbelebten Natur sind physikalische und chemische Prozesse an der Entstehung von Nanostrukturen beteiligt, während in der belebten Natur noch biologische Prozesse hinzukommen. Materielle Grundlage aller Nanostrukturen sind die chemischen Elemente. Indem wir die Erkenntnisse über natürliche Nanostrukturen anwenden, aber auch in dem wir völlig neue Nanostrukturen entwickeln, können wir zu neuen Produkten und Verfahren gelangen oder aber bestehende Produkte und Verfahren entscheidend verbessern.

In der Nanotechnologie wirken Chemie und Physik, aber auch ingenieurwissenschaftliche Fächer wie die Materialwissenschaften eng zusammen. Mit chemischen und physikalischen Verfahren werden Objekte und Strukturen in Nanometer-AbmessungenNanometer-Abmessungen
Ein Nanometer ist der milliardste Teil eines Meters.
hergestellt. Diese wiederum nutzt man einzeln, mischt sie in die Komponenten von Werkstoffen hinein oder bringt sie auf deren Oberfläche auf.

Nanotechnologie in der Chemie und Materialwissenschaft ermöglicht:

  • Nano-Objekte und -Systeme herzustellen (Kugeln, Kristalle, Plättchen, Fasern, Schichten oder verzweigte Strukturen),
  • neue oder verbesserte Eigenschaften entstehen zu lassen, zu regeln und zu steuern (chemische Reaktivität, Härte, Fließverhalten, Farbe und Transparenz, Schutzfunktionen, elektrische Leitfähigkeit, Magnetismus),
  • Werkstoffe und Herstellungsverfahren besonderen Erfordernissen der Verbraucher, des Umweltschutzes und der Wirtschaftlichkeit maßgeschneidert anzupassen,
  • komplexe Problemstellungen intelligent und preiswert zu lösen.  

Nanotechnologie kommt bereits zum Einsatz bei:

  • Beschleunigern für chemische Reaktionen (Katalysatoren) in der Chemieproduktion und im Schadstoffabbau
  • Haushaltsartikeln (kalkresistente Edelstahlarmaturen, Fingerabdruck abweisende Oberflächen, Schmutz abweisende Sanitärkeramik, Fett abbauende Innenbeschichtung im Herd, leicht gleitende Bügeleisen, Geruchsvernichter im Katzenstreu)
  • Automobilkomponenten (kratzbeständige Lacke, Antireflexglas im Armaturenbrett, korrosionsgeschützte Motorkomponenten, wirksamere Abgaskatalysatoren und Leichtbau)
  • Lebensmittelherstellung und Lagerung (rückstandsarme und gasdichte Verpackungen)
  • Biowissenschaften und Medizin (miniaturisierte Diagnosesysteme mit der Leistung eines ganzen Labors, langlebigere und verträglichere Implantate)
  • Medizinprodukten und Kosmetika (Zahnpasta mit Schutzfunktion bei Zurückweichen des Zahnfleisches, Antifaltencremes mit Nanopigmenten)
  • Energieerzeugung und -speicherung (kompaktere und langlebigere Akkus, Gläser für Solarpaneele mit geringerer Lichtreflexion, Farbstoffsolarzellen mit höherer Energieausbeute)
  • Architektur und Bauwesen (superleichte und gleichzeitig hoch stabile Baustoffe, selbstreinigende Fassaden und Dächer, wärme- und schall- gedämmte Fenster, Brandschutzverglasungen)
  • Umweltschutz (wirksamere Abgasfilter mit Nanofasern, Keramik-Trennmaterialien für Abwässer)

Beispielexponate Nanostrukturen

Treffpunkt Nanowelten
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