Wichtige Nanomaterialien

Quantenpunkte mit um jeweils 10 nm verschobenen Emmissionsmaxima. Image provided by PlasmaChem

Nachfolgend werden einige wichtige Nanomaterialien vorgestellt (nicht abschließende Zusammenstellung):

Nanosilber: Nanosilber (meist in Form von Silbernanopartikeln) wird vor allem wegen der antimikrobiellen Eigenschaften eingesetzt. Anwendungsbereiche sind beispielsweise medizinische Produkte wie Wundverbände oder Oberflächenbeschichtungen. In Konsumprodukten werden Silbernanopartikel z.B. in Textilien zur Geruchsvermeidung eingesetzt.

Rußpartikel (Carbon black): Das am häufigsten produzierte Nanomaterial wird für industrielle Anwendungen gezielt hergestellt. Die Partikel werden zum Beispiel Autoreifen zugesetzt, wo sie den Rollwiderstand oder den Abrieb optimieren. Carbon black wird zudem als schwarzes Pigment in Farben, Lacken und Kosmetika oder als Antistatikzusatz in Kunststoffen eingesetzt

Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes, CNT): winzige Röhren, die aus Kohlenstoff aufgebaut sind. Man unterscheidet zwischen einwandigen (single-walled, SWCNT) und mehrwandigen (multi-walled, MWCNT) Röhren. CNT sind extrem stabil und werden darum beispielsweise in Kunststoffe eingearbeitet, um deren mechanische Eigenschaften zu verbessern. Man findet sie in diversen Sportgeräten (Fahrradrahmen, Tennisschläger). An zukünftigen Anwendungen im Elektronikbereich wird geforscht.

Animation eines einwandigen CNTs © Schwarzm, Wikimedia Commons

Titandioxid (TiO2): nanoskaliges Titandioxid ist das am häufigsten verwendete Metalloxid. Es wird beispielsweise in der Oberflächenveredelung eingesetzt. Titandioxid ist photokatalytisch, d.h. es kann die Zersetzung organischer Materialien durch Sonnenlicht (UV-Strahlung) beschleunigen. Werden die Partikel zum Beispiel in Fassadenfarben eingearbeitet, sorgen sie dafür, dass die Fassaden sauber bleiben. In Kosmetikprodukten werden beschichtete Titandioxid-Nanopartikel als Filter gegen für die Haut schädliche UVA- und UVB-Strahlen eingesetzt.

Zinkoxid (ZnO): ZnO-Nanopartikel absorbieren die UV-Strahlung der Sonne sehr effizient und werden ebenfalls in Kosmetikprodukten eingesetzt. ZnO ist ein direkter Halbleiter und wird als durchsichtige leitende Schicht in Leuchtdioden (LEDs) oder in Flüssigkristallbildschirmen (LCDs) verwendet. In Solarzellen werden Nanometer-dünne Zinkoxidbeschichtungen verwendet.

Siliziumdioxid (SiO2): Siliziumdioxid-Nanopartikel werden Oberflächenbeschichtungen und Lacken zugesetzt und dienen der Steigerung der Härte und Kratzfestigkeit. Als Füllstoff in Autoreifen verringern sie den Rollwiderstand und senken damit den Treibstoffverbrauch. Amorphe SiO2-Partikel werden seit Jahrzehnten als Lebensmittelzusatzstoff (E551) eingesetzt, um das Verklumpen von Pulvern (Salz, Streuwürze etc.) zu verhindern. Bei dieser Anwendung liegen die SiO2-Partikel als nanostrukturierte Agglomerate und nicht als "freie" Nanopartikel vor. Die Agglomerate selbst weisen Größen im Mikrometerbereich auf.

Graphen: wabenförmige, zweidimensionale Modifikation von Kohlenstoff. Wie CNT ist Graphen extrem zugfest, stabil, elektrisch leitend und zudem dehnbar. Anwendungen in Transistoren und Solarzellen sind Gegenstand aktueller Forschung.

Fullerene: bestehen aus Kohlenstoff und sind kugelförmig. Das bekannteste Fulleren ist das Buckminsterfulleren (engl. "Buckyball"), welches aus 60 Kohlenstoffatomen besteht und wie ein Fußball aufgebaut ist. Diverse Anwendungen von Fullerenen (z.B. als Radikalfänger in Kosmetikprodukten) werden zurzeit erforscht.

Quantenpunkte: Als Quantenpunkte (engl. quantum dots) bezeichnet man wenige Nanometer kleine Nanokristalle, welche Quanteneffekte aufweisen. Meist bestehen sie aus halbleitenden Materialien. Quantenpunkte können in Transistoren, Displays oder als Biomarker verwendet werden. Die meisten Anwendungen befinden sich im Entwicklungsstadium.

Quelle und weiterführende Informationen: