nanotech no logie
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Vorlesung “Nanotechnologie -Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts”
Prof. Dr. Gerd GanteförFachbereich PhysikUniversität Konstanz
28. April: Was ist "Nano"?5. Mai: Naturgesetze der Nanowelt: Alles ist hier ganz anders12. Mai: Vorstoß in die Nanowelt: neue Techniken und Werkzeuge?19. Mai: Nutzen und Gefahren der Nanowelt26. Mai: Die Zukunft: Alles ist möglich ?
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1. Kohlenstoff-Nanoröhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. „Nano“ im Alltag5. Gefahren
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1. Kohlenstoff-Nanoröhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. „Nano“ im Alltag5. Gefahren
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1. Kohlenstoff-Nanoröhren Herstellung Eigenschaften Einsatzmöglichkeiten
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reiner Kohlenstoff: Graphit reiner Kohlenstoff: Diamant
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reiner Kohlenstoff: Fasern?
http://www.mfa.kfki.hu/int/nano/results/2005/spray
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Zettl Laboratorium , Berkeley
Single- Wall Nanotube
Multi-Wall Nanotube
http://physics.berkeley.edu/research/zettl/projects/imaging.html
Abstand der Ebenen:0,3 nm
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gerollter Graphit
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Herstellung Nanotubes
http://cobweb.ecn.purdue.edu/~mdasilva/arc%20setup.JPG
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Extreme EigenschaftenEigenschaft Nanoröhren
Größe 1 nm Durchmesser
Dichte 1,4 g/cm2 (halb so dicht wie Aluminium)
Zugfestigkeit 20-fach wie die von hochfesten Stahllegierungen
Verformbarkeit verbiegbar & kehrt in ursprüngliche Form zurück
Strombelastbarkeit 1000-fache wie die von Kupferdrähten
Feldemission bei 50-fach kleinerem Wert als Molybdän
Wärmeleitung doppelt so groß wie von Diamant
Wärmestabilität so gut wie Metalldrähte in Mikrochips(in Vakuum sogar besser)
Kosten 150 mal so teuer wie Gold
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Rastersondenmikroskope
Nanoröhren als Spitzen Steigerung der Auflösung um Faktor 10
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Nano-MOSFET
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Transistor_CNFET.jpg&filetimestamp=20070629074929
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Beleuchtungselemente
• Feldemitter auf Nanoröhren-Basis• Scharfen Spitzen der Nanoröhren als
Quelle für Elektronen durch Feldemission
• Vakuumröhren-Lampen in 6 Farben• doppelt so hell wie konventionelle
Glühbirnen & langlebiger• kommen mit 1/10 der Energie aus
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Flachbildschirme• Nanoröhren in dünnem Film auf
Kontrollelektronik & leuchtstoffbeschichtetes Glas darüber
• Elektronen werden wie beim herkömmlichen Fernsehgerät gegen Leuchtschirm beschleunigt
• 36 Nanoröhren-Häufchen feuern in Abstand von 1 mm Elektronen auf Bildpunkt
• Bildpunkt besteht aus phosphorhaltigem Film, der in 3 Grundfarben blau, gelb, rot anregbar
• hergestellt von Samsung
Kohlenstoff-Nanoröhren
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Flachbildschirme von Samsung
Vorteile:
"Nano" ohne LithografieLange Haltbarkeit
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rund ums Auto
• Benzinleitungs-Hüllen mit elektrisch leitende Nanoröhren=> unterdrücken Kriechströme, aus denen Funken entstehen
• leitende Nanoröhren (der Firma Hyperion Catalysis International) erleichtern Lackierung von Plastikteilen am Auto:
– mit Nanröhren-Gehalt von 4% lässt sich Plastik erden
– elektrisch hochaufgeladene Lacktröpfchen haften nach Aufsprühen an Oberfläche anstatt zu verlaufen=> gleichmäßigere Lackierung
Kohlenstoff-Nanoröhren
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Weitere Einsatzmöglichkeiten
• Nanoröhren-Speicher:– Nanoröhren zwischen 2 Elektroden– Elektrisches Feld zw. Elektroden lässt Nanoröhre zusammenziehen / strecken– Im gestreckten Zustand stellt sie elektrischen Kontakt her => Stromfluss
• Verbesserung von Kunststoffen:– Tennisschläger– Leitfähige Antistatikfolien
• Hyperempfindliche Sensoren:– halbleitende Nanoröhren ändern elektrischen Widerstand, wenn sie Halogenen / Gasen
ausgesetzt
• Nanopinzetten:– 2 Nanoröhren an Elektroden auf Glasstab können sich bei Spannungsänderungen öffnen &
schließen– Verwendung zum Aufnehmen & Bewegen von 500 nm großen Objekten
Kohlenstoff-Nanoröhren
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Movie Nanoröhren
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1. Kohlenstoff-Nanoröhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. „Nano“ im Alltag5. Gefahren
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Nanobeschichtung Autolack Lotuseffekt Selbstreinigendes Glas
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Nano-Autolack
Kratzfester Lack mit Nanoteilchen
http://www.spiegel.de/auto/aktuell/0,1518,387405,00.html
4 Lagen:KorrosionsschutzGlättungFarbschichtKlarlack
Klarlack durch keramischeNanopartikel kratzfest.Nanopartikel durchsichtig, dakleiner als Wellenlänge des Lichts.
Zukunft: Selbstheilung von Kratzern:Frischer Lack in Nanokapselnim Lack gelagert.
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Lotuseffekt
Filme\lotusv2.avi
• Wasser perlt in Tropfen ab & nimmt alle Schmutzpartikel auf Oberfläche mit
• Ursache: Nanostrukturierung der Oberfläche (Spitzen) & gleichzeitig stark hydrophob
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hydrophil(Kontaktwinkel <90°)
hydrophob(Kontaktwinkel >90°)
superhydrophob(Kontaktwinkel >90°)
Kontaktwinkel
• Je höher Kontaktwinkel, desto hydrophober Oberfläche
Superhydrophobie:• nur 2 bis 3 % der Tropfenoberfläche
mit Oberfläche in Kontakt
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Silikon-Nanofilamente
http://de.wikipedia.org/wiki/Silikonnanofilamente
Silikon: Siliziumatome über Sauerstoffatome vernetzt plus organische Endgruppen). Nanogewebe aus Silikonfilamenten.
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Bedeutung des Lotuseffektes• Pflanzen: Schutz vor Besiedlung durch
Mikroorganismen, Krankheitserregern, Keimen oder Bewuchs mit Algen
• ähnlich für Tiere wie Schmetterlinge, Libellen & andere Insekten, die mit Beinen nicht jede Stelle ihres Körpers zum Säubern erreichen
• Verhinderung von Verschmutzungen, die Lichteinfall & damit Fotosynthese vermindern & Spaltöffnungen verschließen
• 1999 erstes kommerzielles Produkt:selbstreinigende Fassadenfarbe (Lotusan)
• heute: weltweit 600.000 Gebäude mit Lotus-Oberflächen ausgestattet
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Glas mit selbstreinigenden Eigenschaften
• Schmutz kann sich nur schwer auf Oberfläche festsetzen
• bei Regen wird Schmutz von abfließendem Wasser abgewaschen
• verzögert Verschmutzung & erleichtert Reinigung
• z.B. an Mautsystemkameras der Bundesautobahnen in Deutschland eingesetzt
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1. Kohlenstoff-Nanoröhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. „Nano“ im Alltag5. Gefahren
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Nanomedizin Bildgebung Implantate Therapie und Diagnostik
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Bessere Bildgebung
• Kontrastmittel für bildgebenden Verfahren der Tomographie
• Störungen in früherem, besser behandelbarem Stadium erkennen
• Tumore nachweisen, die erst aus wenigen Zellen bestehen
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Überlegene Implantate
• Reparatur von Geweben wie Haut, Knochen & Knorpeln vereinfachen
• Oberflächen aus Nanostrukturen ergeben langlebigere, biokompatible Implantate
• mit Nanopartikeln beschichtetes künstliches Hüftgelenk würde sich fester mit umgebenden Knochen verbinden
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Lokale Hyperthermie I
• Gold-Nanopartikel, die sich spezifisch an Tumoren anlagern
• Goldteilchen absorbieren Infrarotstrahlung
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Lokale Hyperthermie II
Möglichkeit 2:• superparamagnetische Nanopartikel
direkt in Tumor injizieren
• durch angelegtes magnetisches Wechselfeld Tumor erhitzen & zerstören
• Vermarktung über Firma Magforce Nanotechnologies
Filme\Animation_der_Nanostart_Beteiligung_MagForce_Nanotechnologies_AG_über_ihre_Nano_Krebs®_Therapie.avi
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Gezielte Injektion mit Dendrimeren
• Kunststoffe, die sich wie Baumkrone verzweigen
• kugelförmig, groß wie Protein, stabil
• definierte Hohlräume Behälter für Wirkstoffe
• aufquellen durch Auslösermoleküle Inhalt entweicht
http://www2.thphy.uni-duesseldorf.de/~likos/archive/ac_dt.pdf
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Nano-Strichcodes• Latexperlen mit Quantenpunkten
gefüllt, z.B. 4 Größen, d.h. 4 Farben, wobei jede in anderer Konzentration
• abgegebenes Licht durch Prisma=> 4 separate Spektrallinien,relative Intensitäten von Konzentrationsverhältnis der Quantenpunkte abhängig
• Ergebnis: Spektral-Strichcode
• Anwendungsmöglichkeit:Markierung unterschiedlicher DNA-Moleküle mit Latexperlen=> leichter Zugang zu Erbmaterial in Proben
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1. Kohlenstoff-Nanoröhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. „Nano“ im Alltag5. Gefahren
![Page 36: Nanotech No Logie](https://reader034.vdokument.com/reader034/viewer/2022050805/55cf991c550346d0339ba561/html5/thumbnails/36.jpg)
Nano im Alltag Nanopapier Nanoschaum (Aerogel) Sonnenschutzmittel Solarzelle
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NanopapierZellulosefasern mit 20 nm, transparent
• geeignet als Träger für elektronische Schaltungen
• Eigenschaften: sehr stabil, gute Wärmeleitung
Strich: 100nm Strich: 200µm
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Aerogel: Gefrorener Rauch
http://de.wikipedia.org/wiki/Aerogel
Schaumartig, dendritische.Poren im Nanometerbereich. Innere Oberflächen bis zu 2000m2 pro Gramm. Aus verschiedenen Materialien,meist Silikate.
Ein 2,5 kg schwerer Ziegel getragen von einem 2 g schweren Stück Aerogel (NASA)
Organisches Aerogel im Rasterelektronen-Mikroskop vergrößert dargestellt.
http://www.dlr.de/desktopdefault.aspx/tabid-376/1328_read-115/date-92/
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Sonnenschutzmittel
• transparente Sonnenschutzmittel
• Partikel aus Titandioxid absorbieren gefährliche UV-Strahlung
• durchsichtig, da Teilchendurchmesser 50 nm sichtbares Sonnenlicht mit viel längeren Wellenlängen wird nicht mehr gestreut wie bei weißer Sonnenmilch
• dringen nicht durch die Haut
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Animation: Nanoreisen
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1. Kohlenstoff-Nanoröhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. „Nano“ im Alltag5. Gefahren
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Movie: Gefahren
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Vorlesung “Nanotechnologie -Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts”
Prof. Dr. Gerd GanteförFachbereich PhysikUniversität Konstanz
28. April: Was ist "Nano"?5. Mai: Naturgesetze der Nanowelt: Alles ist hier ganz anders12. Mai: Vorstoß in die Nanowelt: neue Techniken und Werkzeuge?19. Mai: Nutzen und Gefahren der Nanowelt26. Mai: Die Zukunft: Alles ist möglich ?