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Swiss Nano-Cube Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.Gallen Tel. +41 (0) 71 274 72 66, Bildungsplattform zur Mikro-

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Präsentation zum Thema: "Swiss Nano-Cube Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.Gallen Tel. +41 (0) 71 274 72 66, Bildungsplattform zur Mikro-"—  Präsentation transkript:

1 Swiss Nano-Cube Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.Gallen Tel. +41 (0) , Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen Grundlagen-Modul Gesamtversion

2 © Swiss Nano-Cube 1 1. Wie klein ist nano?

3 © Swiss Nano-Cube Die Definition von Nano 2 Nano wurde aus dem Griechischen abgeleitet (nanos = Zwerg) 1 Nanometer = 1/ mm 3 Gold-Atome 10 0 m= 1.0= 1 m(1 Meter) m= m= 1 mm(1Millimeter) m= m= 1 μm(1 Mikrometer) m= m= 1 nm(1 Nanometer)

4 © Swiss Nano-Cube Die Nano-Dimension – Grössenordnung 3 Quelle: Fonds der chemischen Industrie FCI - Foliensatz

5 © Swiss Nano-Cube Die Nano-Dimension – Grössenordnung 4 Quelle: Kurzfilm-Klassiker von Charles und Ray Eames aus dem Jahr 1977

6 © Swiss Nano-Cube Die Nano-Dimension – Grössenordnung 5 Webseite Scale of the Universe Quelle:

7 © Swiss Nano-Cube 6 Quelle: Universität Mainz Quelle: Verhältnis Erde/Fussball = Verhältnis Fussball/Fulleren Quelle: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V. Die Nano-Dimension – Grössenverhältnis

8 © Swiss Nano-Cube 7 2. Definitionen

9 © Swiss Nano-Cube Was ist Nanotechnologie? 8 Die Nanotechnologie … … beinhaltet Forschung und technologische Entwicklung im Bereich von 1 nm bis 100 nm … erzeugt und bedient sich Strukturen, die aufgrund ihrer Grösse völlig neue Eigenschaften aufweisen … beruht auf der Fähigkeit, im atomaren Massstab zu kontrollieren und zu manipulieren … verbindet die klassischen Gebiete Chemie, Physik und Biologie Quelle:

10 © Swiss Nano-Cube Disziplinen verschmelzen 9 Physik Chemie Biologie Nano- technologie Physikalische Chemie Materialwissenschaften Mikroelektronik/Mechatronik Biochemie Pharma Diagnostik Biophysik Medizintechnik Medizinphysik

11 © Swiss Nano-Cube Was ist ein Nanomaterial? 10 Nanostrukturiere Materialien (Innere Struktur oder Oberflächenstruktur im Nanometermassstab) Nanoobjekte

12 © Swiss Nano-Cube Beispiele 11 Nanopartikel (Zinkoxid) Mehrwandiges Kohlenstoff- Nanoröhrchen Photonischer Kristall Aerogel (hochporöse Festkörper) Schicht Grenzfläche Chip (AMD K8) Strukturgrösse 130 nm

13 © Swiss Nano-Cube Herstellung

14 © Swiss Nano-Cube Woher kommen Nanopartikel? 13 Nanopartikel aus natürlichen Quellen Vulkanausbrüche Waldbrände Sandstürme Nanopartikel durch den Menschen verursacht Zigarettenrauch Verkehr (Dieselfahrzeuge) Industrie Industrielle Erzeugung von Nanostrukturen Top-down Bottom-up

15 © Swiss Nano-Cube Erzeugung von Nanostrukturen 14 vom Baum zum Brett Top-down: von oben nach unten Erzeugung nanoskaliger Strukturen durch Verkleinerung bzw. durch ultrapräzise Materialbearbeitung Verfahren Zerkleinerung von Pulvern mit Kugelmühlen Ätzverfahren (Photolithographie) Strukturierung mit Elektronen- oder Ionenstrahlen

16 © Swiss Nano-Cube Erzeugung von Nanostrukturen 15 vom Keimling zum Baum Bottom-up: von unten nach oben Aufbau von komplexen Strukturen aus einzelnen Atomen oder Molekülen häufig in Selbstorganisation (self-assembly) Verfahren: Sol-Gel-Prozess Gasphasensynthese Chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) Physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD)

17 © Swiss Nano-Cube Warum nano?

18 © Swiss Nano-Cube Neue Eigenschaften 17 Nanomaterialien zeigen neue Eigenschaften. Beispiel Aluminium: Alu-Folie ist chemisch sehr stabil und darum wenig reaktionsfreudig. Alu-Nanopartikel verbrennen dagegen explosionsartig und werden als Raketentreibstoff eingesetzt. Quelle:

19 © Swiss Nano-Cube Neue Eigenschaften 18 Goldrubinglas im Mittelalter Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

20 © Swiss Nano-Cube Nano-Effekte 19 Neue Eigenschaften als Effekte der Nanotechnologie Dimensionsbedingte Eigenschaften (z.B. Nanocarrier in der Medizin) Superhydrophobie (z.B. Lotuseffekt) Hohe spezifische Oberfläche: Erhöhte Reaktivität (z.B. Pyrophores Eisen) Verbesserte mechanische Stabilität (z.B. CNT) Veränderte elektrische & thermische Eigenschaften (z.B. CNT) Veränderte optische Eigenschaften (z.B. Nanogold, Flüssigkristalle) Superparamagnetismus (z.B. Ferrofluide)

21 © Swiss Nano-Cube Nano im Alltag

22 © Swiss Nano-Cube Nanotechnologie in Konsumprodukten 21 TiO 2 als UV-Schutz: Nanopartikel in Sonnencrèmes und Kosmetika SiO 2 als Additiv für kratzfeste Lacke und Farben Nano-Silber (antimikrobielle Wirkung & Geruchsunterdrückung Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs) eingelagert im Rahmenmaterial zur Erhöhung der Stabilität

23 © Swiss Nano-Cube Nanotechnologie in Konsumprodukten 22 Quelle: Produkte (März 2011)

24 © Swiss Nano-Cube Nanotechnologie in Konsumprodukten 23 Quelle: 565 Produkte (März 2011)

25 © Swiss Nano-Cube Nanorama-Loft Quiz 24

26 © Swiss Nano-Cube Anwendungsgebiete

27 © Swiss Nano-Cube Wichtige Anwendungen 26 Konsumprodukte Bauindustrie AutomobilEnergie IT, Elektr. Optik Umwelt Chemie Medizin Anwendungsgebiete

28 © Swiss Nano-Cube Nano in der Natur

29 © Swiss Nano-Cube Nie mehr schmutzig 28 Selbstreinigung von Lotusblättern beruht auf der Mikro- und Nanostrukturierung der Blattoberfläche. Wassertropfen perlen ab und reissen dabei Schmutzpartikel mit. Mikrostrukturen mit Nano- Wachs-Kristallen auf der Blattoberfläche (Rasterelektronenmikroskop) oder warum das Lotusblatt immer sauber bleibt..

30 © Swiss Nano-Cube Nie mehr schmutzig 29 Quelle: oder warum das Lotusblatt immer sauber bleibt.. Video-Illustration des Lotuseffekts Anwendung des Effekts z.B. in Fassadenfarben (Lotusan)

31 © Swiss Nano-Cube Haften ohne Leim 30 oder warum der Gecko nicht von der Decke fällt. Quelle: Abbildung: S. Gorb, MPI für Metallforschung, Stuttgart Haftstrukturen bestehen aus feinen Härchen (Ø ca. 200 nm) Härchen garantieren optimales Anschmiegen an jede Unterlage Fürs Haften verantwortlich sind die Van-der-Waals-Kräfte, die auf Ladungsverschiebungen innerhalb der Atome beruhen.

32 © Swiss Nano-Cube Haften ohne Leim 31 Quelle: Geckos finden auf fast jedem Untergrund Halt. Durch das Abrollen der Zehen können sie den Kontakt wieder lösen. oder warum der Gecko nicht von der Decke fällt.


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