Kleine Partikel - große Bedeutung

Die Nanotechnologie wird als eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Bereits heute basieren viele Alltagsprodukte wie Kosmetika, Lacke oder Textilien auf dem Einsatz von Nanotechnologie oder sie beinhalten Nanomaterialien. Fast täglich kommen neue Anwendungen hinzu (DGUV 2010).

Ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter (10-9 m) oder einem Millionstel Millimeter (10-6 mm). Der Durchmesser von drei Goldatomen entspricht etwa der Länge eines Nanometers.

Quantenpunkte mit jeweils um 10 nm verschobenen Emissionsmaxima.
Quantenpunkte mit jeweils um 10 nm verschobenen Emissionsmaxima.
TEM Aufnahme von Nanodiamanten.

Weder das menschliche Auge noch optische Instrumente können solche Strukturen erkennen, weshalb zur Visualisierung von nanoskaligen Strukturen Elektronen- und Rastersondenmikroskope zum Einsatz kommen.

Die wirtschaftliche Bedeutung der Nanotechnologien ist bereits heute enorm. In Deutschland befassen sich 950 Unternehmen mit Nanotechnologien und erzielen damit einen Umsatz von 14 Milliarden Euro. Tendenz steigend! Nach Schätzungen könnte der weltweite aus Nanotechnologien entstehende Umsatz bis 2015 auf drei Billionen Dollar steigen (BMBF 2011, BMUB 2011).

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Synthetische und natürliche Nanomaterialien

Grundsätzlich lassen sich Materialien im Nanomaßstab auf zwei unterschiedlichen Wegen synthetisch herstellen: Entweder man zerkleinert das entsprechende Ursprungsmaterial bis zur gewünschten Nano-Größe ("Top-down") oder man baut sie durch kontrollierte chemisch-physikalische Reaktionen in Flüssigkeiten und Gasen aus einzelnen Atomen oder Molekülen auf ("Bottom-up"). Die Folge: Die extreme Verkleinerung kann zu stark veränderten oder gar völlig neuen Materialeigenschaften führen.

Nanomaterialien können aber auch natürlichen Ursprungs sein. Zum Beispiel enthält Vulkanasche oder der Rauch von brennendem Holz nanoskalige Rußpartikel. Viele biologische und chemische Verbindungen wie beispielsweise Fetttröpfchen in der Milch oder Eiweiße im Blut sind ebenfalls nanoskalig. Daneben gibt es unbeabsichtigt durch den Menschen hergestellte Nanomaterialien (z.B. im Dieselruß).

Das DGUV-Nanoportal "Sicheres Arbeiten mit Nanomaterialien" widmet sich überwiegend den absichtlich hergestellten synthetischen Nanomaterialien.

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Neue Eigenschaften

Nanotechnologie beinhaltet die gezielte Herstellung, Untersuchung und Anwendung von kleinsten Strukturen und Materialien. Diese Technologie macht sich Effekte zunutze, welche bei stetiger Verringerung der Strukturgröße auftreten, wie:

  • Massive Zunahme der massen- oder volumenbezogenen Oberfläche dieser Strukturen oder
  • Mögliche Veränderung von Materialeigenschaften und -verhalten gegenüber dem Ursprungsmaterial.

Besonders ausgeprägt treten diese Effekte bei Strukturgrößen unter ungefähr 100 Nanometern auf (DGUV 2010).

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Quellen und weitere Informationen:

Größenvergleich: Das Verhältnis "Nanometer zu Durchmesser einer Orange" ist dasselbe wie das Verhältnis "Durchmesser einer Orange zu Durchmesser der Erde".