Alles Nano, oder was?

Transkript

1 Nanotechnologie Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts Alles Nano, oder was? Vortrag von Dr. Karl-Heinz Haas vom Frauenhofer-Institut für Nanotechnologie in Würzburg beim Ulmer Forum Nano ist ein Wort das von der Werbung willkürlich gebraucht wird, aber auch ein Wort der Angst. Vor Jahren stand die Nanotechnik auf dem Gipfel der Erwartungen, bei Forschern wie bei der Industrie. Doch vor 5 Jahren gab es einen ersten Dämpfer durch die steigende Angst in der Öffentlichkeit vor allem was sich Nano nennt. Aber was ist eigentlich Nano? Nano leitet sich aus dem Griechischen ab und bedeutet zwergenhaft. Der Nanometer (10-9 m) ist ein Zwerg von einem milliardstel Meter oder einem millionstel Millimeter. Zum Vergleich 1 mm ist ein Tausendstel Meter. Nanostrukturen bewegen sich in einem Bereich von 1 bis 100 Nanometer. Kleiner als Nano sind nur noch Atome. Der Durchmesser eines Atoms beträgt rund 0,1 nm. Die nächst größeren Strukturen gehören in den Bereich der Mikroelektronik. Nanostrukturen sind nicht nur künstlich geschaffen, sondern auch natürlicher Art und kommen in der Natur zu Hauf vor. Bekannt sind der Lotuseffekt oder auch die ebenso schmutzabweisende Oberfläche der Kapuzinerkresse, der selbsthaftende Gecko an der Glasscheibe oder die Haifischhaut. Auch der Mensch ist eigentlich eine riesige Nanostruktur. Auch manche Lebensmittel sind von Natur oder durch Verarbeitung von Nanostrukturen geprägt, etwa Milch, Joghurt, Käse, Mayonnaise oder auch Kaffee

2 - 2 - Bei den Nanostrukturen verändern sich mechanische und elektrische Eigenschaften mit der Größe der Partikel. Die Veränderung kann durch Vergrößerung (Bottom up) zum Beispiel bei Kolloiden* entstehen, oder durch Verkleinerung (Top down), wie beispielsweise durch Mahlprozesse, die in der Lithographie* eingesetzt werden. Nanotechnologie haben sich die Menschen schon in der Antike zu nutze gemacht: Herstellungsprozesse wie Blattgold, Damaszenerstahl, Gewinnung des blauen Farbstoffs aus Lapislazuli* oder die Rotfärbung von Glas durch Goldpulverbeimischung sind Beispiele für eine Top-Down-Verarbeitung. Das älteste Fachbuch zur wissenschaftlichen Nutzung der Nanotechnologie erschien bereits 1920 von Wolfgang Oswald ( Praktikum zur Kolloidchemie ). Den Begriff der Nanotechnologie verwendete Norio Taniguchi erstmals Aber erst neue Mikroskope wie das Rastertunnelmikroskop erweiterten in den 1980er Jahren die Möglichkeiten der Nanotechnologie. 986 prägte Kim Eric Drexler erstmals den Begriff des Molekularen Maschinenbaus, der Engines of Creation. Die Bedeutung der Nanotechnologie belegen mehrere Nobelpreise auf diesem Gebiet. Nanotechnologie: Eine Abenteuer-Reise in die Mikrowelt? In der Physik führen die ultradünnen Schichten weg von der klassischen Physik hin zur Quantenphysik. Damit verändern sich zum Teil auch die Eigenschaften von Materie. Die Nanotechnik schließt damit die Lücke zwischen der bekannten Mikrotechnik und dem atomaren Bereich. Das Ziel der Forschung in der Nanotechnologie ist die digitale, programmierbare Manipulation der Materie auf atomarer Ebene und eine daraus resultierende molekulare Fertigung

3 - 3 - Nano-Technologen versuchen in ihren Labors das Prinzip der Natur nachzuahmen und alle Dinge, Atom für Atom, Molekül für Molekül neu aufzubauen. Den Forschern ist es inzwischen gelungen, erste Nano-Antriebe zu konstruieren, die eine Fortbewegung im Reich der Moleküle ermöglichen sollen. Auch der Nano-Computer ist keine Utopie mehr. Speicher auf molekularem oder sogar atomarem Niveau könnten die Rechenkapazität in Zukunft vervielfachen. Wo gibt es die Nanoanwendungen schon? Den Markt der Nanotechnologie schätzen die Experten bereits auf rund Milliarden Euro. Nanotechnologie umgibt uns schon heute in vielen Bereichen: - in der Chemie (Wirkstoffe, Sensoren, Prozessüberwachung, Synthese/Katalyse) - in der Medizin (Diagnostik, Therapie, Wirkstofffreisetzung, Gewebeerzeugung) - in der Umwelt (Abwasserreinigung, Photokatalyse, Umweltüberwachung) - in der Elektronik (bei IT und Druck, elektronisches Papier, Displays als FED oder OLED, Polymerelektronik, Speicher, GMR, Sensoren) - in der Optik (Ophtalmik, Entspiegelung, Photonik, Wellenleiter, Lichttechnik) - bei der Energie (Batterien, Superkondensatoren, Brennstoff- und Solarzellen, thermische Kraftwerke, IR-Reflexionen) - 4

4 - 4 -in der Bauindustrie (Oberflächenschutz, schaltbare Verscheibung, Wärmedämmung, Kunststoffe, Korrosionsschutz) - in der Stahlindustrie (neue Legierungen mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften) - im Automobil (kratzfeste Decklacke, Leichtbau, Korrosionsschutz, Sensoren, Katalyse-Verbrennung, Abgase) -beim Verbraucher (Kosmetik, Sonnenschutz, antimikrobielle Textilien, Verpackungen, Gewürze) z.b. Silberpartikel in den Socken, Nanobehandlung von Gewürzen damit sie nicht klumpen Sicher ist, dass sich die Anwendungen der Nano-Technologie rasant weiterentwickeln werden. Sie wird in allen Bereichen unserer heutigen Technik wichtige Anstöße für Innovationen initiieren und damit zu einer Basisinnovation des nächsten Jahrhunderts werden. Die Nanotechnologie wird die technische Intelligenz in die Lage versetzen unser aller Leben massiv zu verändern. Angst vor Nano? Die Nanotechnologie macht Angst durch die Unsichtbarkeit, mit der ihr vorgeworfenen Unnatürlichkeit und Unkontrollierbarkeit. Aber daneben stehen die acht der zehn tödlichsten Gifte, die völlig natürlich seien. Was ein Problem für die Menschen sein kann, wenn Nanostäube in die Lunge eindringen, und zwar besonders tief, weil die Partikel so klein sind, kann in anderen Fällen durchaus eine gewünschte Reaktion sein: Zum Beispiel, wenn Wirkstoffe gegen Tumorzellen gezielt an befallene Organe gebracht werden können, ohne die Breitbandkeule der Chemotherapie schwingen zu müssen. Hier gibt es inzwischen eine Magnetfeld-Hyperthermie-Therapie gegen Hirntumore, die aufgrund ihrer Lage nicht operabel sind

5 5 - Gefährlichkeit der Nanotechnologie? Die Gefährlichkeit der Nanotechnologie hängt immer vom Zweck und von der Situation ab. Sind Nanostrukturen fest eingebunden wie im Autolack, ist die Gefahr der Exposition sehr gering, wird der Lack abgeschliffen sieht es schlagartig ganz anders aus. Ein besonders schwieriges Problem für alle, die sich mit dem Gesundheitsschutz von Arbeitnehmern und Verbrauchern beschäftigen. Man kann nur hoffen, dass die großtechnische Anwendung der Nanotechnologie durch eine rechtzeitige und gründliche Technikfolgenabschätzung in allen Bereichen begleitet wird. Nur eine vernünftige vorausschauende gesetzliche Absicherung kann die notwendige Sicherheit in der Anwendung schaffen und damit auch einer grundlegenden Akzeptanz in der Bevölkerung den Weg bereiten. Chancen und vor allem die Risiken für Mensch und Umwelt sind aufzuzeigen und klar zu benennen. Kümmern wir uns rechtzeitig darum. *Kolloide: Feinstverteilte, feste, flüssige oder gasförmige Stoffe, die jeweils in anderen Stoffen eingebettet sind und deren Teilchengröße > als 10-6 cm beträgt. *Lithographie: Steindruck, feine Farbaufträge auf den Maschinenstein. *Lapislazuli: Natriumaluminiumsilikat, Mineral mit tiefblauer Farbe, Schmuckstein Quellen: Eigener Mitschrieb und Mitschrieb des Vortrages durch Susanne Strake-Neumann Weitere Informationen: oder Schweizer Institut EMPA DVD Nano Space Die Welt der ganz Kleinen von Komplett-Media GmbH, Grünwald, Tel.: (089) MTI-FNA Helmut Ungemach Kammweg Reutlingen Nanotechnologie 1 Vortrag Ulm + DVD.doc