Inhaltsverzeichnis. Vorwort

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Falko Beutel
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1 V Vorwort XI 1 Einführung Nanowissenschaften und Nanotechnologie Nanowissenschaften sind interdisziplinär Nanotechnologie Heilsbringer oder Risiko? Kohlenstoffnanostrukturen Der Aufbau dieses Buchs 5 Literatur 7 Teil I Nanotechnologie und Nanostrukturen 9 2 Nanostrukturen Definition Physik und Chemie im Nanometerbereich Der Einfluss der Oberfläche Platzersparnis Kritische Längen Quantenmechanik Arten von Nanostrukturen Vorbilder in der Natur Wissen testen 34 Literatur 35 3 Herstellung von Nanostrukturen Grundlegende Ansätze zur Herstellung von Nanostrukturen Top-down-Verfahren Erzeugung von Nanopartikeln durch Mahlen Mechanische Oberflächenermüdung Lithografie und Ätzen Irgendwo dazwischen: die weiche Lithografie 44

2 VI Nanokontaktdruck Weitere auf Stempeln beruhende Verfahren der weichen Lithografie Dip-Pen-Nanolithografie Bottom-up-Verfahren Selbstassemblierte Systeme und Schichten Verwendung von Templates Verwendung von DNA Prozessführung Funktionalisierung Möglichkeiten zur Funktionalisierung Verleihung von Funktionalitäten Wissen testen 62 Literatur 62 4 Charakterisierung von Nanostrukturen Kann man Atome sehen? Das Rayleigh-Kriterium Reduzierung der Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung Die Lösung: Teilchenstrahlen Elektronenstrahlverfahren SEM TEM und HRTEM TED und EELS Charakterisierung mittels Nanosystemen: Rastersondenmikroskopie Rastertunnelmikroskopie AFM Weitere Verfahren Makroskopische Verfahren Raman-Spektroskopie Weitere spektroskopische Verfahren Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung Beugungsverfahren zur Ermittlung der Kristallinität Wissen testen 90 Literatur 90 Teil II Das Element Kohlenstoff 93 5 Das Element Kohlenstoff Vorkommen Die Entstehung von Kohlenstoff Bedeutung als Energieträger Bedeutung in der Biologie 97

3 VII 5.2 Die besondere Chemie des Kohlenstoffs Hybridisierung Ring- und Kettenbildung Polymere Fremdatome und funktionelle Gruppen Wissen testen 107 Literatur Kohlenstofffestkörpermodifikationen Diamant Vorkommen und Herstellung Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Anwendungen Graphit Struktur Gewinnung bzw. Herstellung Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Anwendungen Weitere Modifikationen Glaskohlenstoff Ruß Amorpher Kohlenstoff Wissen testen 130 Literatur 131 Teil III Kohlenstoff-Nanostrukturen Punktförmige Kohlenstoffnanostrukturen: Fullerene Entdeckung Struktur Die große Varietät der Fullerene C 60 und C Nomenklatur Fullerite Fullerene mit Fremdatomen Heterofullerene Endohedrale Komplexe Herstellung Laserablation Thermische Zersetzung Vakuum-Bogenentladung Pyrolyse 146

4 VIII Verbrennungsverfahren Vergleich der Verfahren Weiterverarbeitung Reinigung und Anreicherung Funktionalisierung Polymerisation Eigenschaften von Fullerenen Chemische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Optische Eigenschaften Anwendungen Wasserstoffspeicherung Härtung von Materialien Medizin Wissen testen 159 Literatur Eindimensionale Kohlenstoffnanostrukturen: Nanoröhrchen Entdeckung Beschreibung, Klassifizierung und Nomenklatur Armchair-, Zigzag- und chirale Röhrchen Singlewall- and Multiwall-Röhrchen Die Enden der Nanoröhrchen Spezielle Arten von CNTs Nanoröhrchen mit Fremdatomen Nanoröhrchen aus anderen Materialien Herstellung Physikalische Verfahren CVD-Verfahren Ein spezielles Beispiel: das HiPCO-Verfahren Zusammenfassender Vergleich Reinigung, Trennung und Aufbereitung CNT-Bündel, -Fasern und -Filme Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Elektrische und elektronische Eigenschaften Thermische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Anwendungen Nanoverbundwerkstoffe Anwendungen in elektronischen Bauelementen Feldemission Sensoren Anwendung von CNTs in der Medizin Weitere Anwendungen 200

5 IX Gegenwärtige Probleme Wissen testen 201 Literatur Zweidimensionale Kohlenstoffnanostrukturen: Graphen Entdeckung Struktur Herstellung Ablöseverfahren CVD-Verfahren Direktes epitaktisches Wachstum durch Segregation Transfer auf geeignete Substrate Graphenwachstum auf SiC Reduktion von Graphenoxid Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Elektrische und elektronische Eigenschaften Thermische Eigenschaften Optische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Weitere Eigenschaften Anwendungen Graphentransistor Chemische Sensoren und Biosensoren Nanoverbundwerkstoffe Wissen testen 221 Literatur Dreidimensionale Kohlenstoffnanostrukturen Kohlenstoffnanozwiebeln Struktur Herstellung Eigenschaften Anwendungen Kohlenstoffnanohörner Weitere graphitische dreidimensionale Kohlenstoffnanostrukturen Zusammenfassung: graphitähnliche dreidimensionale Kohlenstoffnanostrukturen Diamantnanopartikel Herstellungsverfahren Struktur, Aufbereitung und Funktionalisierung Anwendungen Nano- und ultrananokristalline Diamantschichten Diamantnanosäulen und Nanostäbe Wissen testen 243 Literatur 244

6 X 11 Verwandte Nanostrukturen aus anderen Elementen Bornitrid Herstellung von BN Eigenschaften von BN BN-Nanostrukturen BN-Nanoröhrchen Weitere BN-Nanostrukturen Silizium Siliziumnanodrähte Siliziumquantenpunkte Mesoporöse SiO 2 -Nanoteilchen Wissen testen 265 Literatur 266 Richtig gelöst 269 Stichwortverzeichnis 283

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283 Stichwortverzeichnis

283 Stichwortverzeichnis A Abbe sches Auflösungsvermögen 66 Adamantan 236 AES 86 AFM 77 Akkumulator 219 Aktivkohle 195 Aluminiumoxid poröses53 Antigen 61 Antikörper 61 Armchair Graphen 205 Nanoröhrchen