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Nanotechnologie entdecken

Erkunden Sie die interessante und vielfältige Welt der Nanotechnologie.

Was ist Nanotechnologie?

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.

 
Einen anschaulichen Größenvergleich bietet folgendes Verhältnis:
 

 
 

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.

Wie werden Nanoobjekte und Nanomaterialien eingeteilt?

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.
Die drei Grundformen von Nanoobjekten sind folgende:

  • Nanopartikel sind in allen drei Dimensionen zwischen einem und hundert Nanometer groß
  • Nanoröhrchen bzw. Nanostäbchen (auch als Nanofasern bezeichnet) liegen in zwei Dimensionen zwischen 1...100 nm
  • Nanoplättchen und Nanoschichten (also auch Oberflächenbeschichtungen) weisen lediglich in einer Dimension Abmessungen zwischen einem und hundert Nanometer auf, meist als Schichtdicke bezeichnet

Warum stehen manche Menschen der Nanotechnologie skeptisch gegenüber?

Das Projekt Kooperation international, ein Portal des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. und der VDI Technologiezentrum GmbH, hat hierzu auf seiner Website die „Kopenhagener Erklärung“ („Copenhagen Declaration“) veröffentlicht. Diese ist das Ergebnis einer Debatte europäischer Wirtschaftsjournalisten auf der Wissenschaftskonferenz ESOF 2014 in Kopenhagen. Die Auszüge zeigen die Gründe und mögliche Maßnahmen:
 
„[…] Grund der Kritik ist, dass die Wissenschaftlergemeinde gespalten und die Öffentlichkeit schlecht informiert ist. Die Defizite sollen dadurch ausgeglichen werden, dass nationale und europaweite Informationszentren eingerichtet werden, die solide Datenbanken mit detaillierten Informationen zur Verfügung stellen. […] Die Transparenz kann weiter erhöht werden, wenn mehr Nano-Produkte in einer für Konsumenten verständlichen Sprache und gut sichtbar beschriftet sind. […] Eine neue partizipative Kultur der Kommunikation, Verbreitung und Unterrichtung, über die seit Jahren nachgedacht wird, muss auf allen Ebenen der Gesellschaft eingeführt werden. Sind diese Bedingungen erfüllt, könnte die Nanotechnologie nach 20 Jahren in ihre zweite Phase eintreten, die der Realisierung und der Nutzung ihrer Potenziale. […] Diese neue Art von innovativer Wissenschaft kann Europa zu globalem Wettbewerb befähigen und seine Spitzenposition in der Weltklasse-Wissenschaft stärken.“
 
Umgesetzt wurden diese Empfehlungen beispielsweise am 5. Juli 2016 in Würzburg. Dort fand ein Forum statt, auf dem Bürger mit Experten diskutieren konnten. Thema: „Nanotechnologie – Chancen, Risiken, Perspektiven“. Details finden Sie in unserem Blog über Nanotechnologie.