Nanotechnologie entdecken

Das Wort „nano“ kommt aus dem Griechischen und bedeutet „Zwerg“. Die Vorsilbe „nano“ (abgekürzt: n) wurde in der Wissenschaft als Milliardster Anteil einer Maßeinheit definiert. Es handelt sich also um Werte der Größenordnung 10^-9. Die Maßeinheit selbst ist dabei in der Regel SI-konform.

Die beiden häufigsten in dieser Form vorkommenden Maßeinheiten sind in der Elektrotechnik das Nano-Farad [nF] zur Angabe der Kapazität eines Kondensators und der Nano-Meter [nm] als Längen- bzw. Größenangabe im atomaren Bereich, sowohl in Mathematik, der Physik als auch in der Chemie.

Dennoch ist die Größe von Nanoteilchen nur schwer vorstellbar. In diesem physikalischen Grenzbereich erfolgt der Übergang der klassischen Physik zur Quantenphysik, deren Gesetzmäßigkeiten von Max Planck bereits Anfang des 20. Jahrhunderts beschrieben wurden – die Volumeneigenschaften eines Material treten gegenüber den Oberflächeneigenschaften zurück.

Umso erstaunlicher sind jedoch die damit erreichbaren Effekte im Alltag. Hier kommt die Nanotechnologie ins Spiel. Sie beschäftigt sich mit der technischen Umsetzung von wissenschaftlichen Erkenntnissen. Die erzeugten Nanomaterialien aus denen Nanoprodukte für den Endverbraucher entstehen sind heute bereits allgegenwärtig: in Sonnencremes, bei Autoreifen, in Fassadenputz oder Malerfarbe.
Die Nanotechnologie ist also kein komplett neues Wissenschaftsgebiet, aber ein sehr dynamisches. Die Bundesregierung sieht in der Nanotechnologie einen entscheidenden Vorteil für die Wettbewerbsfähigkeit des Standorts Deutschland und fördert entsprechende Forschungsprojekte.

Dabei werden gezielt Atome und Moleküle (eine Gruppe von mindestens zwei Atomen) neu angeordnet bzw. gruppiert, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. In der Praxis haben sich je nach Einsatzgebiet verschiedene Möglichkeiten dieser Veränderung der Eigenschaften herausgebildet.

Neben dem Ansatz auf Polymer-Basis (z.B. Silikone) hat sich der Ansatz auf Basis mineralischer Oxide bewährt. Darunter zählen beispielsweise Siliziumdioxid, Zirkonoxid und Titanoxid, die je nach Verwendungszweck in unterschiedlichen Anteilen in Wasser oder Ethanol (Alkohol) gelöst werden. Die bezeichneten Stoffe kommen alle in der Natur vor und sind hinlänglich bekannt. Allein der Einsatz von Sand (Quarz) als Ausgangsstoff für jede Art von Mineralglas ist dafür beispielgebend.

Nanoobjekte werden nach der internationalen Norm DIN ISO/TS 27687 eingeteilt. Sie müssen dabei in mindestens einer Dimension (Länge, Breite oder Höhe) zwischen einem und hundert Nanometer messen. Sehr kleine Nanoobjekte werden als Quantenpunkte (engl. "quantum dots") bezeichnet und bestehen nur aus einigen wenigen Atomen oder Molekülen.
Auch die Herkunft der Nanomaterialien kann bei der Einteilung helfen. So kann es natürliche Nanoobjekte geben, die als feine Staubteilchen bei Sandstürmen oder Vulkanausbrüchen entstehen. Auch der Mensch produziert täglich ungewollt Nanopartikel: Ruß in Abgasen, Zigarettenrauch, Schleifstaub, beim Schweißen oder bei Sprengungen. Die letzte Gruppe sind die industriell synthetisch hergestellten Nanomaterialen, deren Anzahl und somit Vorkommen in der Umwelt jedoch um ein vielfaches kleiner ist als das der natürlichen Nanoobjekte.