MEM-Modul, BKU Teil 4 Autor: Andreas Beck Datum: Januar 2012 4. Nanomaterialien MEM-Modul, BKU Teil 4 Autor: Andreas Beck Datum: Januar 2012

Was ist ein Nanomaterial? Meistens wird der Begriff "Nanomaterial" gebraucht, wenn das Material innere Strukturen oder äussere Abmessungen hat, die sich in der Grössenordnung von 1-100 nm bewegen. Diese Abgrenzung ist einigermassen willkürlich, weil beispielsweise Partikel mit einem Durchmesser von 200 nm auch zu den Nanomaterialien gezählt werden. Fulleren: Kugelförmiges Molekül aus 60 Kohlenstoffatomen mit ungefähr 1 nm Durchmesser. Quelle: http://www.swissnanocube.ch/grundlagen-nano/nanomaterialien/

Häufig eingesetzte Materialien Wir wollen hier am Beispiel von sechs häufig eingesetzten Nanomaterialien zeigen, welche unterschiedlichen Wirkungen damit erzielt werden können: Nanosilber Russpartikel Kohlenstoff-Nanoröhrchen Titandioxid (TiO2) Zinkoxid (ZnO) Siliziumdioxid (SiO2) Link zur Webseite Quelle: http://www.nanopartikel.info/cms/Wissensbasis

Nanosilber Nanosilber wird nicht nur in der Medizin als wichtigstes Antibiotikum verwendet, sondern ist zudem das häufigste Nanomaterial in Alltagsprodukten. Die keimtötenden Eigenschaften von Silber werden immer öfter in Form von Nanopartikeln genutzt. Gemäss Studien kann es jedoch eine Gefahr für Mensch und Tier darstellen. Quelle: http://www.doktor-klaus.de/kolloidales-silber-gold/i

Nanosilber In Socken und Unterwäsche hilft Nanosilber gegen üblen Geruch. Quelle: http://www.planet-wissen.de/natur_technik/forschungszweige/nanotechnologie/index.jsp/

Nanosilber Auf Computertastaturen und Türklinken etc. soll Nanosilber die krankheitserregenden Keime bekämpfen. Quellen: http://www.apfelwerk.de/, http://www.20min.ch/diashow/

Russpartikel Russpartikel (carbon black) werden für industrielle Anwendungen gezielt hergestellt. Quelle: http://www.made-in-china.com/showroom/

Russpartikel Für Autoreifen gibt es ungefähr 40 verschiedene Russtypen, die dem Gummi jeweils spezifische Eigenschaften vermitteln. Sie optimieren z.B. den Rollwiderstand oder den Abrieb. Quelle: http://www.stayfair.de/

Russpartikel Russpartikel dienen auch als schwarzes Pigment in Farben und Lacken. Quelle: http://www.toplife.at/glaube/artikel23.html

Kohlenstoff-Nanoröhrchen Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon Nantubes, CNT) sind winzige Röhrchen, die ausschliesslich aus dem Element Kohlenstoff aufgebaut sind, wobei die Wände der Röhrchen aus einer einzigen oder nur ganz wenigen Atomlagen bestehen. Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffnanor%C3%B6hren

Kohlenstoff-Nanoröhrchen Nanoröhrchen können ein- oder mehrwandig sein (single wall nanotube SWNT bzw. multiple wall nanotube MWNT) Quelle: http://science.uwaterloo.ca/~foldvari/research_program/index.html

Kohlenstoff-Nanoröhrchen Nanoröhren werden mit herkömmlichem Kunststoff gemischt, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Kunststoffe verbessert werden. Bei Verbundwerkstoffen mit einem CNT- Anteil von lediglich einem Gewichtsprozent kann eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von bis zu 25 Prozent gegenüber dem Kunststoff erreicht werden. Man findet solche Verbundwerkstoffe in einigen Hightech- Sportgeräten (Fahrradrahmen, Tennisschläger). Quelle: http://www.tootoo.com/buy-nanotubes/

Kohlenstoff-Nanoröhrchen Die Kohlenstoffröhrchen können sich wie ein Metall oder wie ein Halbleiter verhalten und eignen sich damit für einen Einsatz in zukünftigen Nanotransistoren und anderen elektronischen Bauteilen. Quelle: http://www.innovations-report.de/html/berichte/informationstechnologie/bericht-36580.html

Titandioxid (TiO2) Titandioxid ist das mit Abstand am häufigsten verwendete Metalloxid. Einsatz findet es vor allem in der Oberflächen- veredelung, um diese schmutzabweisend zu machen. Man kennt dieses Prinzip unter dem Namen Lotuseffekt. Die Blätter der Lotuspflanze sind flüssigkeitsabweisend, so dass beispielsweise Wasser einfach abperlt. Dadurch bleiben die Blätter stets sauber, und es können sich keine Pilze oder andere Organismen auf ihnen bilden, die der Pflanze schaden könnten. Die Blätter enthalten kein TiO2. Dieses wir lediglich bei technischen Anwendungen verwendet, um den Lotuseffekt zu erzeugen. Quelle: http://www.holmenkol.com/de/technologie/lotus-hybrid-matrix.html

Titandioxid (TiO2) Video: Abperlende Regentropfen auf den Lotusblättern. Quelle: http://www.youtube.com/watch?v=yXzV0VRlffU&feature=related

Titandioxid (TiO2) Die beiden animierten Bilder verdeutlichen den Unterschied zweier Oberflächen. Links ohne, rechts mit TiO2 : . Wassertropfen und Schmutz haften an der glatten Ober-fläche. Schmutz wird durch Wasser nur verlagert. Wassertropfen ziehen sich aufgrund der Oberflächen-spannung zusammen. Sie laufen ab und nehmen Schmutzpartikel mit. Quelle: http://www.protec-maschinen.de/lotus_effect-E.htm

Titandioxid (TiO2) Video: Auf die Oberfläche eines Glasgefässes wurde eine Schicht aufgebracht, welche die gleiche Eigenschaft hat, wie Lotusblätter. Auch hier wird das Wasser abgestossen. Quelle: http://www.youtube.com/watch?v=Rl35HS-3Mrc&feature=results_ main&playnext=1&list=PL921BEEA8320272FB

Titandioxid (TiO2) Mit grösstem Erfolg ist seit 1999 die Fassadenfarbe Lotusan® der Firma Sto AG auf dem Markt. Inzwischen gibt es allein mit diesem Produkt weltweit etwa 500’000 Gebäude, die mit Lotus-Oberflächen ausgestattet sind. Quelle: http://www.prosol-farben.de/dispersionen/fassadenfarben/suedwest-lotusan-siliconfarbe/

Titandioxid (TiO2) Beschichtete Brillengläser verschmutzen weniger und lassen das Wasser abperlen. Quelle: http://www.trendoptic.de/brillenglaeser/veredelung//

Titandioxid (TiO2) Glas- und Keramikoberflächen werden mit einer ultradünnen und unsichtbaren Schutzschicht versiegelt, so dass die behandelte Fläche Wasser abperlen lässt und das Anhaften von Schmutz und Kalk stark reduziert. Quelle: http://www.webliner.ch/nano/modul3/m_b1.html/

Siliziumdioxid (SiO2) Dank Nano-Beschichtung können Speisen und Fettspritzer praktisch nicht mehr haften und einbrennen. Was nach dem Backen zurückbleibt, lässt sich mit einem feuchten Tuch und etwas Spülmittel entfernen. Quelle: http://www.miele.ch/ch/haushalt/produkte/produktvorteile_einbauherde_backofen_16699.htm/

Siliziumdioxid (SiO2) In Lacken und Beschichtungen können Nanopartikel zur Erhöhung der Kratzfestigkeit und Abriebbeständigkeit eingesetzt werden. Besonders interessant sind diese Eigenschaften für Holz- und Möbellacke, Automobilklarlacke sowie für Industrielacke. Quelle: http://www.motormobiles2.de/autoberichte09/lexus_kratzfester-lack_heilt_sich_selbst_0910.html/

Siliziumdioxid (SiO2) SiO2-Partikel werden seit Jahrzenten als Lebensmittelzusatzstoff (E551) eingesetzt, um das Verklumpen von Pulvern (Salz, Streuwürze, etc.) zu verhindern. Quelle: http://www.kochshop.ch/index.php?cPath=44

Zinkoxid (ZnO) ZnO-Nanopartikel absorbieren die UV-Strahlung der Sonne sehr effizient. Sie werden deshalb beispielsweise in Sonnencremes mit hohen Lichtschutzfaktoren eingesetzt. Quelle: http://www.n24.de/news/newsitem_5097572.html

Zinkoxid (ZnO) ZnO ist ein direkter Halbleiter und wird als durchsichtige leitende Schicht in Leuchtdioden (LEDs) oder in Flüssigkristallbildschirmen verwendet. Quelle: http://hdtv-fernseher.net/blog/plasma-led-oder-lcd-fernseher

Zinkoxid (ZnO) Bei der Herstellung von Solarzellen führt eine 1 Nanometer dünne Zinkoxidbeschichtung dazu, dass deren Wirkungsgrad gesteigert werden kann. Quelle: http://www.zawiw-html-kurse.de/ssc08/pages/Daniel/index.html