Glossar der Nanotechnologie - Wichtige Begriffe und was sie bedeuten

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1 Glossar der Nanotechnologie - Wichtige Begriffe und was sie bedeuten Additive Agglomerat anti-adhäsiv antimikrobiell Applikation Ausgangsstoffe Barriereschichten Chemische Nanotechnologie Zusatzstoffe, die Produkten in geringen Mengen zugesetzt werden, um bestimmte Eigenschaften zu erreichen oder zu verbessern. Additive haben einen positiven Einfluss auf den Herstellungsprozess, die Lagerung und die Verarbeitung. Aus kleinen Partikeln zusammengesetzte, miteinander verbundene Anordnung von Nanopartikeln. Vermeidung von Anhaftungen an der Oberfläche. Eine Eigenschaft, die verhindert, dass Bakterien und Pilze in ihrer Vermehrung gehemmt werden. Integration der Nanoformulierungen in die Kundenanwendung, z.b. durch nasschemische oder elektrochemische Verfahren. Chemische Ausgangsstoffe die mittels Verfahren und Prozesse der chemischen Nanotechnologie auf die gewünschte Funktion modifiziert werden. Zielsetzung von Barriereschichten (nanobarrier ) ist es, die jeweilige Oberfläche oder die darunter befindlichen Produkte vor schädlichen Einflüssen zu schützen. Die Schutzmechanismen können sich auf umweltbedingte Auswirkungen (z. B. Sonnenstrahlung) oder auf prozessbedingte Auswirkungen (z. B. aggressive Medien, wie Säuren und Laugen) beziehen. Nanogate bietet auf dieser Basis unter anderem im Bereich des Korrosionsschutzes für Leichtmetalle (z. B. Aluminium, Magnesium) und im Bereich des Verwitterungsschutzes (z. B. Textilien, Leder) Produkte an. Vorteile der Systeme von Nanogate sind beispielsweise die geringen Schichtstärken (ultradünne Schichten) im Vergleich zu konventionellen Lösungen bei gleichzeitig hoher Beständigkeit. Die chemische Nanotechnologie besetzt einen Teilbereich der Nanotechnologie, der sich mit der Herstellung und Weiterverarbeitung von Nanomaterialien beschäftigt. In der chemischen Nanotechnologie, die Nanogate zur Entwicklung von Lösungen und die Herstellung ihrer Produkte nutzt, werden Ausgangsstoffe mit typischen Eigenschaften in chemischen Prozessen gezielt miteinander kombiniert, um die gewünschte Materialeigenschaft einzustellen. Bereits Anfang des vorigen Jahrhunderts gab es erste Beschäftigungen mit so genannten Kolloiden (Stoffe mit fein verteilten festen Teilchen), eine der maßgeblichen Grundlagen der chemischen Nanotechnologie. Die Kolloidchemie ist ein Teilgebiet der Chemie, bei dem die Herstellung, Charakterisierung und Modifizierung entsprechender Systeme erforscht wird. Zu den Verfahren, die in der chemischen Nanotechnologie Verwendung finden, zählen im besonderen solche kolloidiale Prozesse, bei denen gezielt durch Keimbildungsreaktionen (z. B. durch chemische Fällung oder Ausscheidungsreaktionen) kleine Strukturen in flüssigen Ausgangssubstanzen erzeugt werden. Die hierbei auftretenden Herausforderungen für den industriellen Einsatz umfassen insbesondere die Tendenz dieser Materialien zu agglomerieren (verklumpen), was oft zum Verlust spezifischer Eigenschaften führt. Geeignete Verfahren, diesen Herausforderungen effektiv zu begegnen, stellen beispielsweise Sol-Gel-Prozesse dar, wie sie Nanogate u. a. einsetzt.

2 Diffusionssperrschichten Dispersionen Dotfarm -Optics Elektrochemische Prozesse Elektrolyse Entformung Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, physikalische Hybridkomposite Typisches Anwendungsfeld von Barriereschichten, (nanobarrier ), welche die Durchdringung von flüssigen und gasförmigen Medien oder von bestimmten Lichtwellenlängen zum Substrat verhindern sollen.. Gemenge aus mindestens zwei Stoffen, die sich nicht oder kaum ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden. Dotfarm -Optics ist eine Technologieplattform zur Herstellung hochleistungsfähiger und gleichzeitig kostengünstiger Lichtlenksysteme. Zielanwendungen bestehen insbesondere in den Bereichen Consumer Electronics, Signal Processing und Photonik. Die Grundlage der Technologie bildet die Erzeugung von Lichtwellenleitern mit dreidimensionalen Gitterstrukturen direkt auf der jeweiligen Bauteiloberfläche. Dabei werden lokal Einzel-Gitter ("Dots") ausgebildet, deren Eigenschaften wie Gitterkonstante, Größe, Form oder Vektor individuell eingestellt werden. Die verschiedensten Bauteile lassen sich auf diese Weise veredeln. Durch ein für den spezifischen Anwendungszweck maßgeschneidertes optisches Gesamtdesign ergibt sich eine optimierte Lichtmischung und charakteristische Lichtverteilung im Raum. Die benötigte Präzision wird durch die Verwendung eines speziellen Nanokompositmaterials erreicht. Aufgrund seiner extrem schnellen Verarbeitungszeit erlaubt dieser Spezialwerkstoff zusammen mit dem bei Nanogate etablierten Fertigungsverfahren äußerst effiziente Kostenstrukturen. Nanogate bietet seinen Kunden und Partnern mit Dotfarm -Optics die Möglichkeit zur Herstellung von hochanspruchsvollen diffraktiven Strukturen für kostengünstige Massenkomponenten. Die Elektrochemie ist ein Teilgebiet der physikalischen Chemie, welches sich mit dem Zusammenhang zwischen elektrischen und chemischen Vorgängen befasst. Wenn eine chemische Reaktion mit einem elektrischen Strom verknüpft ist, so ist dies ein elektrochemischer Vorgang. Entweder wird die Reaktion durch eine von außen angelegte elektrische Spannung erzwungen (Elektrolyse) oder es wird durch eine spontane chemische Reaktion geeigneter Substanzen eine elektrische Spannung erzeugt (galvanisches Element). Nanogate hat in diesem Zusammenhang für seine Anwendungen auch eigenständige Verfahren entwickelt bzw. konventionelle Verfahren optimiert. Hervorrufen einer Reaktion durch eine von außen wirkende elektrische Spannung. Beschreibt den Prozess, bei dem eine gegossene Komponente möglichst rückstandsfrei aus einer Werkzeugform entfernt wird. Beschichtungsverfahren, bei dem an der erhitzten Oberfläche eines Substrates aufgrund einer chemischen Reaktion aus der Gasphase eine Festkomponente abgeschieden wird. Vakuumbasiertes Beschichtungsverfahren, bei dem die Schicht durch Kondensation eines Materialdampfes gebildet wird. Hybridkomposite verwenden innerhalb ihrer chemischen Entstehungsprozesse als Ausgangsstoffe ausschließlich organische und anorganische Verbindungen.

3 hydrophil hydrophob integrierte Materialsysteme Kolloidchemie Kolloide Multifunktionelle Kompositmaterialien nano nanoadd Nano-Additive Nanoanalytik nanobarrier wasseranziehend wasserabstoßend Nanoformulierungen und deren Integration in kundenspezifische Produkte und Prozesse. Die Kolloidchemie ist ein Teilgebiet der Chemie, bei dem die Herstellung, Charakterisierung und Modifizierung entsprechender Systeme erforscht wird. Zu den Verfahren, die in der chemischen Nanotechnologie Verwendung finden, zählen im Besonderen solche kolloidiale Prozesse, bei denen gezielt durch Keimbildungsreaktionen (z. B. durch chemische Fällung oder Ausscheidungsreaktionen) kleine Strukturen in flüssigen Ausgangssubstanzen erzeugt werden. Stoffe mit fein verteilten festen Teilchen die eine maßgebliche Grundlage der chemischen Nanotechnologie darstellen. Hierbei werden die gewünschten Produkte mit verschiedenen neuen und verbesserten Funktionen gleichzeitig ausgestattet (wasserabweisend, schmutzabweisend, antibakteriell, geruchshemmend, transparent, ultradünn, etc.). griechisch: Zwerg Zu den bereits vorhandenen Technologieplattformen(nanoTension, nanobarrier, und nanoglide ) und deren speziellen Eigenschaftsprofilen können noch weitere Funktionen zur Verfügung gestellt werden. Diese können prinzipiell in die vorhandenen Technologieplattformen integriert werden oder als eigenständige Nanoformulierungen anwendungsbezogen entwickelt werden (wie z. B. elektrische Leitfähigkeit, antibakteriell, katalytische Eigenschaften etc.) Zwischenprodukte, die bereits so aufbereitet sind, dass diese in weiteren Prozessstufen verarbeitbar sind und Produkten zugesetzt werden können, um bestimmte Eigenschaften zu erreichen. Im Bereich der Nanoanalytik verwendet man Geräte und Verfahren, welche die Welt der Nanotechnologie sichtbar machen und analysieren. Zielsetzung von Barriereschichten ist es, die jeweilige Oberfläche oder die darunter befindlichen Produkte vor schädlichen Einflüssen zu schützen. Die Schutzmechanismen können sich auf umweltbedingte Auswirkungen (z. B. Sonnenstrahlung) oder auf prozessbedingte Auswirkungen (z. B. aggressive Medien, wie Säuren und Laugen) beziehen. Nanogate bietet auf dieser Basis unter anderem im Bereich des Korrosionsschutzes für Leichtmetalle (z. B. Aluminium, Magnesium) und im Bereich des Verwitterungsschutzes (z. B. Textilien, Leder) Produkte an. Vorteile der Systeme von Nanogate sind beispielsweise die geringen Schichtstärken (ultradünne Schichten) im Vergleich zu konventionellen Lösungen bei gleichzeitig hoher Beständigkeit.

4 Nanobauteile/Nanodevices Nano-Dispersionen Nanoformulierungen Nanogate- Anwendungszentrum nanoglide nanoinject -Verfahren Nanokomposite Unter Nanobauteilen/Nanodevices versteht man kleinste Komponenten, wie sie typischerweise in der Halbleiterindustrie eingesetzt werden. Modifizierte Nanopartikel, die stabil in flüssigen Medien vorliegen und zur Gruppe der Nano-Additive gehören. Durch Verwendung weiterer Hilfs- und Ergänzungsstoffe werden die durch chemische Prozesse hergestellten Nanokomposite zu einsatzfähigen Materialsystemen weiterverarbeitet. Hierbei steht die kostengünstige und qualitätsgesicherte Produktion in ausreichenden Quantitäten im Vordergrund. Im Nanogate-Anwendungszentrum werden kundenbezogene Entwicklungsarbeiten zur Prozess- und Produktintegration, teilweise auch mit externen Partnern, zur Serienreife geführt. Hier kann Nanogate umfangreiche Bemusterungen, aber auch Oberflächenveredelungen von Kleinserien durchführen, typischerweise in der Pilotphase eines Projektes. Das Nanogate-Anwendungszentrum stellt somit einen wichtigen Kompetenzbaustein der Gesellschaft dar, der ihr nicht nur den zeitnahen Proof-of-Concept der jeweiligen Prozess- und Produktintegration erlaubt, sondern daneben dazu dient, branchenübergreifendes Technologie-Know-how von Serienanwendungen zu sammeln. Nanoformulierungen finden auch zunehmend im Bereich der so genannten Tribologie Verwendung. Sie befasst sich mit der Beschreibung von Reibung, Verschleiß und Schmierung sowie der Entwicklung von Technologien zur Optimierung von Reibungsvorgängen. Hierdurch soll die Effizienz, die Lebensdauer und der Wirkungsgrad von industriellen Komponenten verbessert werden. Nanogate bietet auf dieser Basis u. a. bereits erfolgreich verschleißfeste Schichten im Bereich der Werkzeugentformung oder der Druckindustrie an, mit deren Hilfe sich deutliche Kosteneinsparungen realisieren lassen. Hierbei greift Nanogate sowohl auf nasschemische als auch elektrochemische Verfahren zurück und besitzt somit vielfältige Möglichkeiten, effiziente Lösungen mit seinen Partnern zu erarbeiten. Nanogate entwickelt und optimiert für seine Anwendungen auch eigenständige Prozesse wie das nanoinject - Verfahren. Hier wird die Erstellung von leistungsstarken Funktionsschichten unmittelbar in vorhandene thermische Aushärteprozesse der Keramikherstellung integriert. Das Verfahren ermöglicht bei höchster Qualität eine maximale Flexibilität. Unsere Kunden profitieren zudem von einer optimalen Kostenposition und Anwendungssicherheit. Nanogate bezeichnet die aus den Prozessen der chemischen Nanotechnologie entstandenen nanostrukturierten Materialien als Verbundmaterialien (Komposite) bzw. Nanokomposite. Hinsichtlich der Komposit-Materialien unterscheidet das Unternehmen zwischen Hybridkompositen und Nanopartikelkompositen. Hybridkomposite verwenden innerhalb ihrer chemischen Entstehungsprozesse als Ausgangsstoffe (Precursoren) ausschließlich organische und anorganische Verbindungen. Demgegenüber werden bei den Nanopartikelkompositen zu Beginn bzw. bereits während des chemischen Entstehungsprozesses externe Nanopartikel zusätzlich gezielt zugeführt.

5 Nanomaterialien Nanometer (nm) Nanopartikel Nanopartikelkomposite Nanopartikelspezialisten nanoplating nanostrukturierte Materialien Nanotechnologie Bei Nanomaterialien geht es um die Nutzung von Nanostrukturen zur Erzeugung und Verbesserung von Werkstoffeigenschaften. Ein Nanometer ist ein milliardstel Meter (10-9 m) und rund mal feiner als ein durchschnittlich menschliches Haar. Teilchen mit einer Größe unter 100 Nanometer, Nanoteilchen oder auch Nanopartikel bezeichnen einen Verbund von wenigen bis einigen tausend Atomen oder Molekülen. Der Name entspringt ihrer Größe, die typischerweise bei einigen Nanometern (10-9 Meter bzw. 1 milliardstel Meter) liegt. Diese werden zu Beginn bzw. während des chemischen Entstehungsprozesses der nanostrukturierten Materialien zusätzlich gezielt eingeführt. Hoch spezialisierte Hersteller von Ausgangsstoffen. Bei Nanogate ist eine eigenständige integrierte Prozesstechnik entwickelt worden. Diese führen wir unter dem Begriff nanoplating. Hierbei werden unter Zugrundelegung bereits etablierter elektrochemischer Prozesse (wie galvanische oder elektrolytische Verfahren) neue Oberfächenfunktionen durch die maßgeschneiderte und homogene Integration von Nanopartikelsystemen ermöglicht. Über Verfahren und Prozesse der chemischen Nanotechnologie (z. B. Sol-Gel-Prozess) hergestellte Nanokomposite. Hierbei steht die Herstellung und gezielte Nutzung von nanoskaligen Strukturen zur Erzeugung und Verbesserung von Werkstoffeigenschaften im Vordergrund. Dieser Bereich der Nanotechnologie gilt als am weitesten vorangeschritten und ermöglicht bereits heute branchenübergreifende Lösungen. Innovationsmotor dieses Jahrtausends - das große Geheimnis in kleinster Dimension. Die Nanotechnologie ( Nano griechisch: Zwerg) ist eine vergleichsweise junge Technologie. Sie beschäftigt sich mit der Erforschung, Bearbeitung und Produktion von Gegenständen sowie Strukturen, die mindestens in einer Dimension kleiner als 100 Nanometer (nm) sind. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter (10-9 m) und rund mal feiner als ein durchschnittliches menschliches Haar. Die geringe Größe der Nanopartikel oder Nanostrukturen ist einer der Hauptgründe für ihre besonderen Eigenschaften. Die relative Oberfläche nimmt mit abnehmender Teilchengröße zu. Aus diesem Grund haben Nanostrukturen eine extrem große Oberfläche, die das Verhalten maßgeblich beeinflusst. Nanostrukturen liegen daher in einem Größenbereich, in dem die Oberflächeneigenschaften gegenüber den Volumeneigenschaften der Materialien eine immer größere Rolle spielen und zunehmend auch quantenphysikalische Effekte berücksichtigt werden müssen. Die mechanischen, optischen, magnetischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften dieser kleinsten Strukturen hängen jedoch nicht allein von der Art des Ausgangsmaterials ab, sondern in besonderer Weise von ihrer Größe, Gestalt und von der Art, wie man diese kleinen Strukturen erzeugt und in Werkstoffe integriert.

6 nanotension Nanotribologie Nasschemische Prozesse oleophil oleophob Grundsätzlich verfügt jedes Material und jede Oberfläche über eine spezifische Oberflächenenergie, über die das Benetzungsverhalten mit flüssigen Medien beeinflusst werden kann. So können beispielsweise Flüssigkeiten von der Oberfläche abgestoßen oder angezogen werden. Man unterscheidet grundsätzlich bei wässrigen Medien zwischen hydrophoben (wasserabstoßenden) und hydrophilen (wasseranziehenden) Systemen und bei ölhaltigen Medien zwischen oleophoben (ölabstoßenden) und oleophilen (ölanziehenden) Systemen bei ölhaltigen Medien. Durch eine Beeinflussung der Oberflächenenergie lassen sich gezielt Oberflächen verändern. Typische Beispiele sind leicht zu reinigende, transparente und dauerhafte Oberflächen ( Easy2Clean ), die z. B. verstärkt bei industriellen Maschinen und Anlagen genutzt werden oder sich beispielsweise in Badanwendungen (wie Sanitärkeramik und bei Glasduschkabinen) etabliert haben. Hierbei ist sowohl der erhöhte Komfort (Convenience) für den Endverbraucher als auch Effizienzsteigerungen (Produktivitätsgewinne) bei Industrieprozessen von Interesse. Bereits heute und mit zukünftig zunehmender Bedeutung lassen sich variable Oberflächenenergiesysteme mit weiteren Eigenschaften kombinieren (multifunktionale Systeme). Tribologisch wirksame Beschichtungen auf Basis der Nanotechnologie stehen hinter dem Begriff der Nanotribologie, die beispielsweise im Rahmen des EU-geförderten Forschungsclusters Nanotrib seit 2002 untersucht wird. Ziel ist es, grundlegende Wirkungsweisen der Tribologie zu verstehen, um eine systematische Entwicklung von tribologisch wirksamen Oberflächen- und Grenzflächensystemen zu erlauben und solche Systeme gezielt zu beeinflussen. Die Modifizierung von Oberflächen bzw. Grenzflächen durch die Nanotechnologie und die Tatsache, dass tribologische Effekte sich an genau solchen dünnen Grenzflächen und Oberflächen abspielen, begründete die Zusammenführung in der Nanotribologie. Hierbei werden flüssige, organische und/oder anorganische Schichten, die entweder lösemittelhaltig und/oder wasserbasiert sind, auf eine Oberfläche aufgetragen und anschließend ausgehärtet. Typische Verfahren, die hierbei zum Einsatz kommen, sind Sprühen, Tauchen, Fluten, Rakeln, Walzauftrag oder das so genannte Spin- Coating. Die Aushärtung erfolgt in einem Temperaturbereich von 20 C-300 C, in Einzelfällen auch deutlich darüber. Nanogate hat in diesem Zusammenhang für seine Anwendungen auch eigenständige Verfahren entwickelt bzw. konventionelle Verfahren optimiert. ölanziehend ölabstoßend

7 Optische Systeme Permeation Polymer Precursoren Querschnittstechnologie Sicherheitstechnische Anwendungen Wir befassen uns mit der Herstellung von neuartigen, stark vereinfachten und dabei gleichzeitig hocheffizienten Lichtlenksystemen. Von besonderer Bedeutung sind hierbei so genannte Hintergrundbeleuchtungssysteme (Backlights) für Flüssigkristallanzeigen (LCD-Anzeigen). Unser Ziel ist es, Beleuchtungseinrichtungen zu schaffen, die eine optimale Funktionssicherheit, verbunden mit höchster Effizienz durch ein völlig neues nanooptisches System ermöglichen. Für unsere Kunden können solche Systeme vielfältige neue Anwendungen bei gleichzeitig deutlich geringeren Kosten durch eine reduzierte Komponentenanzahl bieten (z. B. durch Weglassen von heute gebräuchlichen Lichtlenkfolien). Eckpfeiler unserer Technologie beruhen auf der Entwicklung von nanotechnologisch verbesserten Materialien mit besonderen optischen Kennwerten und der Erzeugung neuartiger, hocheffizienter, nanostrukturierter optischer Systeme, welche unmittelbar in Lichtleiter integriert werden können. Unter Permeation versteht man den Vorgang, bei dem ein Stoff (Permeat) einen Festkörper durchdringt oder durchwandert. Chemische Verbindung, die aus Kettenmolekülen oder verzweigten Molekülen besteht, die aus gleichen oder gleichartigen Einheiten gebildet werden. Das Adjektiv polymer bedeutet entsprechend aus vielen gleichen Teilen ausgebaut. Die meisten Kunststoffe sind Polymere, bei denen der Kohlenstoff für die molekulare Kettenbildung sorgt. Chemische Ausgangsstoffe die mittels Verfahren und Prozesse der chemischen Nanotechnologie auf die gewünschte Funktion modifiziert werden. Eine Technologie, die produktunabhängig und branchen- bzw. anwendungsübergreifend einsetzbar ist. Wir befassen uns mit der Herstellung von hochspezialisierten Materialsystemen auf Basis der chemischen Nanotechnologie, welche sich für sicherheitstechnische Anwendungen eignen. Hierbei handelt es sich um Lösungen für die Bereiche Produkt- und Markenschutz sowie für die Kennzeichnung von Hochsicherheitsprodukten.

8 Sol-Gel-Chemie Tribologie Zwischenprodukte Bei Sol-Gel-Prozessen werden nanostrukturierte Materialien durch kontrollierte Reaktionen von verschiedensten Ausangsstoffen (Precursoren) systematisch hergestellt bzw. aufgebaut. Typische Ausgangsmaterialien in Sol- Gel-Prozessen sind Metallalkoholate, Silane oder Salze, die in Lösungen zu so genannten Keimen gezielt reagieren können. Dies kann zum Beispiel durch Variation des ph-wertes oder durch Zugabe weiterer Lösungsmittel geschehen. Bei den Keimen handelt es sich um Partikel, die aus nur wenigen Molekülen bestehen. Durch gezielte Veränderung der Prozessparameter können sich die Keime zu unterschiedlich funktionalisierten Partikeln oder Strukturen weiterentwickeln. So ist es möglich, aus identischen Ausgangsmaterialien (Precursoren) verschiedene funktionelle Strukturen herzustellen, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Durch Einbringung von Molekülstrukturen zum Beispiel mit speziell angepasster Ladungsträgertopologie (elektronische Stabilisierung) beziehungsweise geeigneter chemischer Funktionalisierung (chemische Stabilisierung) oder von sterischen molekularen Abstandshaltern (mechanische Stabilisierung) lassen sich die entstandenen Teilchen im Lösungsmittel stabilisieren und das weitere Wachstum gezielt steuern. Darüber hinaus können in weiteren Prozessschritten ergänzende Stoffe (u. a. auch modifizierte Nanopartikel) ebenfalls in das bereits nanostrukturierte Material (Sol) integriert werden, um später weitere Funktionen und ergänzende Anwendungen zu ermöglichen. Befasst sich mit der Beschreibung von Reibung, Verschleiß und Schmierung. Tribologie ist die Wissenschaft und Technik von aufeinander einwirkenden Oberflächen in Relativbewegung. Sie umfasst das Gesamtgebiet von Reibung und Verschleiß, einschließlich Schmierung, und schließt entsprechende Grenzflächenwechselwirkungen, sowohl zwischen Festkörpern als auch zwischen Festkörpern und Flüssigkeiten oder Gasen, ein. Die Entwicklung und Herstellung von Nano-Additiven. Quelle: