FACHTHEMA NANOTECHNOLOGIE Kleine Teilchen ganz groß: Wie Nanotechnologie unsere Welt verändert
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- Erica Linden
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1 FACHTHEMA NANOTECHNOLOGIE Kleine Teilchen ganz groß: Wie Nanotechnologie unsere Welt verändert Gerd Ganteför Fachbereich Physik
2 Der Mensch formt seine Umwelt Faustkeil ca. 2 Millionen Jahre vor heute Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie 2
3 Die Geschichte der Zivilisation ist die Geschichte der Verbesserung der Technik Wo sind die Grenzen? Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie 3
4 Ein Visionär: Richard Feynman Aus einem Vortrag aus dem Jahr 1959: Es zeigt sich dann, dass alle Information, die der Mensch in allen Büchern der Welt sorgfältig zusammengetragen hat, in einen Würfel mit einer Kantenlänge von 0,1 mm geschrieben werden kann - das ist das kleinste Staubkörnchen, das vom menschlichen Auge gerade noch erkannt werden kann. Es gibt also viel Spielraum nach unten! Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie 4
5 Die wahre Meisterin der Nanotechnologie: Die Natur Tierische Zellen (Herzmuskelgeweben gefärbt) Alle uns bekannten Lebewesen bestehen aus Zellen. Zellen sind Nanofabriken Pflanzliche Zellen (Blatt) Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie 5
6 Vergleich: Natur und Technik 1/100 mm = 10 µm 5 µm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie 6
7 Film: Powers of10 Skala: 1 Meter x 1 Meter / Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie 7
8 Skala: 10cm x 10cm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie 8
9 Skala: 1cm x 1cm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie 9
10 Skala: 1mm x 1mm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie10
11 Skala: 0,1mm x 0,1mm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie11
12 Skala: 10µm x 10µm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie12
13 Skala: 1µm x 1µm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie13
14 Skala: 0,1µm x 0,1µm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie14
15 Skala: 10nm x 10nm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie15
16 Skala: 1nm x 1nm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie16
17 Die Zelle ist eine Nanofabrik Ein 0,3 Millimeter großes Pantoffeltierchen im Lichtmikroskop. Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie17
18 Das Vorgänge im Innern der Zelle Mikrotubuli sind röhrenförmige Proteinfilamente in Zellen, die einen Bestandteil des Zytoskeletts bilden. Durchmesser 20nm. Die Tubulin-Einheiten werden ständig angebaut und auch wieder depolymerisiert. Die Mikrotubuli dienen auch als Transportstraßen für Kinesin-Moleküle. Diese können große Container schleppen. Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie18
19 Das Vorgänge im Innern der Zelle Ein Ribosom liest Erbinformation aus Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie19
20 Der Film: The InnerLife ofa Cell Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie20
21 Was passiert, wenn der Mensch die Kontrolleüber die Nanovorgänge in der Zelle erringt? Gentechnisch veränderte Zierfische, die bei UV-Bestrahlung leuchten Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie21
22 Wo liegen Grenzen der Bio-Nanotechnologie? Mögliche Entwicklungen: Krebs wird besiegt werden Die perfekte Schlankheitspille Ersatz-Organe aus körpereigenem Gewebe Genetische Kontrolle der Persönlichkeit Gedankenlesen Maschinenunterstützte Biofunktionen Ein viel längeres Leben? Bemerkungen: 1. Der Mensch ist nicht begrenzt durch die Regeln der Evolution 2. Gefahren der Kernenergie, wenn der Krebs besiegt ist? Nervenzelle wächst auf Computerchip Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie22
23 Die heutige Realität: Krebstherapie mit Nanopartikeln Film Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie23
24 Vision: Nanomaschinen reparieren Blutgefäße Aus Bild der Wissenschaft Sonderband Nano Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie24
25 Problem: Es gibt eigentlich nur zwei Werkzeuge der Nanotechnologie. Und nur eines kann mit der Natur konkurrieren. Rastersondenmikroskop (atomgenau, nur Einzelanfertigungen) Lithografie (10 Nanometer genau, aber Massenproduktion) Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie25
26 Effekte, die bei hochaufgelöster Photolithografie zu beachten sind zum Beispiel Lärm Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie26
27 Fertigungsgenauigkeit Faktor 100 schlechter als die Natur Elektronenmikroskopische Aufnahme einer photolithografisch hergestellten Struktur aus parallelen Stegen. Zu kleine Stege, die einen Abstand von weniger als 20nm haben, können nicht mehr präzise hergestellt werden. Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie27
28 Computerprozessor, hergestellt mit Lithografie 87 mm 2 Fläche 140 Millionen Transistoren 2 MB Arbeitsspeicher Intel Inc. Pentium M CPU Celeron M CPU Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie28
29 Das Moore sche Gesetz: Die Dichte von Transistoren auf einem Mikrochip verdoppelt sich alle 12 Monate Electronics, Volume 38, Number 8, April 19, 1965 Heute: alle ~ 18 Monate Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie29
30 Historische Zunahme der Rechenleistung Vorführung Elektronenröhre - Mikrochip Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie30
31 Rechenleistung des menschlichen Gehirns: 100 Milliarden Neuronen 1000 Verbindungen zu anderen Neuronen pro Verbindung 200 Rechenschritte pro Sekunde(calculations per second =cps) RechenleistungGehirn: 2 x10 16 cps Rechenleistung CPU für 1000 $ = 10 9 cps Computer: 1 Million mal langsamer (noch) nach Kurzweil Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie31
32 Die Zukunft der Computer nach Kurzweil Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie32
33 Kurzweil s Vision Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie33
34 Das Rastertunnelmikroskop Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie34
35 Feynman svision von 1959 wird wahr: Schreibenmit Atomen "Atom" Kanji Characters meaning"original child" Don Eigler, 1995 IBM Forschungslabor Almaden Größe ca. 2 x 5 nm ca. 2 x 50 Atome / Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie35
36 Gravierende Innovationen erwartet in Bio-Nanotechnologie Informationstechnologie Graduelle Verbesserungen in vielen anderen Gebieten: z.b. Oberflächentechnik Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie36
37 Nachahmung der Natur Nr /04/ endlein-weaver-ant.jpg Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie37
38 Van-der-Waals Bindung newsimage/a-step-toward-gecko-glue-2.jpg / Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie38
39 Nachahmung der Natur Nr. 2 Lotuseffekt Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie39
40 Opal: Lichteffekte mit Nanokugeln Elektronenmikroskopische Aufnahme : Anordnung von Silica-Partikeln einer Größe von ca. 400nm eines äthiopischen Edelopals (Aufnahme J. Huth, MPI für Chemie Mainz) Vorführung Opal Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie40
41 Gravierende Innovationen erwartet in Bio-Nanotechnologie Informationstechnologie Graduelle Verbesserungen in vielen anderen Gebieten: z.b. Oberflächentechnik z.b. Energiespeicherung Vorführung Powercaps Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie41
42 Gravierende Innovationen erwartet in Bio-Nanotechnologie Informationstechnologie Graduelle Verbesserungen in vielen anderen Gebieten: z.b. Oberflächentechnik z.b. Energiespeicherung Nano-Untergangsvisionen Kriegsmaschinen Drexler s Assembler Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie42
43 Nano-Kriegsmaschinen Spektrum der Wissenschaft Sonderband 2001 Nanotechnologie Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie43
44 K. Eric Drexler s Vision Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie44
45 K. Eric Drexler s Vision product.asp?bookid=503 Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie45
46 Positiv: man kann Platz sparen! Takahashi Kaito SII Nanotechnology Inc. Gerd Ganteför Fachbereich Physik Fachthema Nanotechnologie Folie46
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