Nanotechnologien in Werk- und Kunststoffen

Nanotechnologien ermöglichen im Bereich der Kunst- und Werkstoffe eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten, sowohl bezüglich der Herstellung als auch der Materialeigenschaften. Die Zahl der dabei verwendeten Materialien und Verfahren ist groß, weshalb hier primär einige weit verbreitete Anwendungen vorgestellt werden und auf Informationsquellen verwiesen wird.

Nanotechnologien in Kunststoffen

Nanotechnologien werden bei der Herstellung und Verarbeitung von Kunststoffen eingesetzt, um (Hessen Nanotech Band 15):

  • diese mit Nanopartikeln zu verstärken
  • diese mit nanoskaligen Strukturen oder Schichten zu versehen
  • um deren Fließverhalten zu verbessern
  • oder um sie flammhemmend zu machen, um nur einige Beispiele zu nennen.

Das prominenteste Beispiel für sogenannte Nanokomposite sind Kohlenstoffnanoröhren-(CNT) verstärkte Polymere (z.B. Epoxidharze). Durch CNT erhalten Kunststoffe eine größere Festigkeit und gute Leitfähigkeit oder antistatische Eigenschaften. Dem Spektrum der für Nanotechnologien verwendeten Kunststoffe sind dabei praktisch keine Grenzen gesetzt. So können z.B. Polyamide und Polyester mit Nanomaterialien modifiziert werden. Die Bandbreite der verwendeten Nanomaterialien ist ebenfalls groß und reicht von CNT über Ruß (Carbon black) und Glasfasern bis hin zu biogenen Materialien wie Cellulosefasern und Maisstärke (Hessen Nanotech Band 18, Greßler et al. 2011). Eingesetzt werden Nanokomposite beispielsweise in Sportgeräten (Fahrradrahmen, Tennisschläger), in der Automobil- oder Verpackungsindustrie.

In der Entwicklung befinden sich Anwendungen wie piezoelektrische, elektroaktive, photo-, thermo- und elektrochrome Polymere (Hessen Nanotech Band 18).

Nanokristalline Keramiken

Nanotechnologien ermöglichen erhebliche Gewichtseinsparungen bei Werkstoffen aus Keramiken. In nanokristallinen Keramiken werden Zirkonium, Magnesium oder Siliciumnitride und -karbide verwendet. Hergestellt werden diese mit einem modifizierten CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahren, bei dem Nanopartikel durch Koagulation von Aerosolen und Sinterprozesse wachsen (Hahn et al. 2005, Hessen Nanotech Band 14).

Nanotechnologien in der Metallverarbeitung

In der Metallindustrie werden Nanotechnologien vor allem zur Oberflächenbehandlung (z.B. Korrosions-, Kratz- oder Hitzeschutz) eingesetzt. Eine Alternative zum konventionellen Korrosionsschutz bilden beispielsweise oxidische Nanopartikel (meist aus Zirkonium oder Siliciumdioxid) (Hessen Nanotech Band 14).

Bei der Herstellung und Verarbeitung von Stahl können ebenfalls Nanotechnologien zum Einsatz kommen: Nanostahl beispielsweise enthält eingelagerte metallische Carbonnitrid-Nanopartikel und verfügt über herausragende statische Eigenschaften. Auch bei der Verformung von Stahl kommen Nanotechnologien zum Einsatz, beispielsweise bei der Verwendung glas- und kunststoffartiger Nanomaterialien zur Bildung einer Schutzschicht gegen Verzunderung (Hessen Nanotech Band 3).

Als weiteres Beispiel sind die Metall-Matrix-Komposite (MMC) zu nennen, welche durch nanoskalige Strukturen eine bessere Formbarkeit und Beständigkeit erhalten (Hessen Nanotech Band 9).

Quellen und weitere Informationen: