Was ist Nanotechnologie?

Transkript

1 Was ist Nanotechnologie? Forschung und technologische Entwicklung im Nanometerbereich. Definitionen ISO und OECD.

2 Was ist Nanotechnologie? - Arbeiten im Bereich aller Naturwissenschaften (Ch, B, Ph, M...) --> Verschmelzung. - Ausstattung makroskopischer Werkstoffe mit neuen Stoffeigenschaften. - Verbesserung von Produkten oder Verfahren (z.b. Arzneimittel, Lacke, Farben, Kunststoffe, Akkus...). - Spezialstudiengänge in diesem Gebiet. Im Nanometerbereich (1nm entspr. einem Molekül mit ca.10 Atomen) bilden sich grössere Strukturen nach dem Prinzip der Selbstorganisation.

3 Aufgabe Ordnet die Bilder von gross nach klein. Jedes Bild passt zu einem bestimmten Grössenordnungsbereich. Das grösste Objekt gehört zum Bereich 10 2 m, also 100m. Das kleinste Objekt gehört zum Bereich m, also 0, m.

4 Was ist Nanotechnologie? Untersuchung, Herstellung und Anwendung von Strukturen unter 100 nm (nano griech. = Zwerg). Ein Nanometer (nm) ist der milliardste Teil eines Meters. 1 nm = 0, m

5 Was sind Nanomaterialien?

6 Warum Nanotechnologie? Veränderte Stoffeigenschaften - Im Nanometerbereich ergeben sich veränderte Volumen- Oberflächen-Verhältnisse --> Oberflächenvergrösserung. - Im Nanometerbereich spielen inneratomare Bewegungen und Schwingungen von Elektronen eine grössere Rolle und beeinflussen die physikalischen Stoffeigenschaften. Würfel mit Atomen = 100 nm Kantenlänge (1 Atomdurchmesser = 0,1 nm) Würfel mit 100 Atomen = 10 nm Kantenlänge Würfel mit 10 Atomen = 1 nm Kantenlänge Eckatome Kantenatome (ohne Eckatome) Seitenflächenatome (ohne Eckatome) Oberflächenatome Atome im Inneren Verhältnis Oberfläche-zu-Volumen 0,006 0,062 0,953

7 Nanopartikel um uns Nanopartikel aus natürlichen Quellen Vulkanausbrüche Waldbrände Sandstürme Nanopartikel durch den Menschen verursacht Zigarettenrauch Verkehr (Dieselfahrzeuge) Industrie

8 Wie gelangt man zu Nanostrukturen? 1. Top down: Verkleinerung grösserer Strukturen (Zerstörung oder gezielte Materialbearbeitung) zur Erlangung nanoskopischer Produkte. --> Kugelmühle zur Erzeugung von nanoskopischen Farbpartikeln (Druckertinte) 2. Bottom up: Aufbau von komplexen Strukturen aus einzelnen Atomen.

9 Bottom up Verfahren - Sol-Gel-Verfahren: Ausfällung winziger, fein verteilter Partikel aus einer Suspension. z.b. Erzeugung von Goldrubinglas (15nm Goldpartikel erscheinen auf Grund der geringen Grösse rot, nicht golden). - Gasphasenreaktor: Reaktion einzelner Atome oder Bausteine durch verdampfen und durchlaufen einer heissen Reaktionszone. Aus Primärteilchen bilden sich grössere Agglomerate.

10 Gasphasenreaktor/ Gasphasenabscheidung - Typen: Flammen-, Heisswand-, Plasmareaktoren mit unterschiedlichen Reaktionsbedingungen. - CVD (chemical vapor deposition): Beschichtung durch chemische Reaktion auf Oberfläche (geringe Drücke, so dass keine Bildung von Partikeln in der Gasphase stattfindet). - PVD (physical vapor deposition): verdampfen und kondensieren

11 Nützliche Nanoeffekte - Lotus-Effekt: Selbstreinigung; Antifingerprinting; Antigraffiti; Antifouling - Antibeschlag: Zerlaufen der feinen Wassertröpfchen zu dünnem Film. - Korrosionsschutz; Kratzschutz Oberflächenbeschichtung - Flammschutz: Tonplättchen - Leichtbau: Poröse Materialien - Nanoskopische Behälter: Medizin - Flüssige Magnete

12 Anwendungen??? In welchen Bereichen der Automobilfertigung könnte Nanotechnologie sinnvoll eingesetzt werden?

13 Anwendungsbeispiele I

14 Einstieg: Lotuseffekt Der Lotuseffekt beruht darauf, dass die Wasserteilchen in einem Tropfen sich gegenseitig stärker anziehen, als sie von der Oberfläche angezogen werden (hydrophob). Ausserdem besitzen behandelte Materialien eine sehr grosse Oberfläche (Nanostrukturen), so dass nur wenig Kontakt zu den Wassertropfen besteht.

15 Lotuseffekt II Ein Wassertropfen auf einer Fläche, welche den Lotuseffekt zeigt, zeichnet sich durch einen besonders grossen Kontaktwinkel aus. Bei den Versuchen in der zweiten Lektion, sollst du versuchen, die Kontaktwinkel (α) von Wassertropfen zu begutachten.