Faszination Nanowelten Faszination Nanowelten

Verständnisebene und auch auf der affektiven Ebene.
Im Übrigen profi tieren alle, nicht nur Schülerinnen
und Schüler, von den Ergebnissen der Nanotechnik,
z. B. durch die zunehmende Miniaturisierung
(„Nanosierung“) im Bereich der Datenspeicherung im
PC oder im MP3-Player. Auch solche Einsichten und
Erkenntnisse lassen sich dabei vermitteln und damit
der zunehmenden Technikfeindlichkeit und Physikablehnung
etwas entgegenwirken. Einige weitere
Möglichkeiten der Lernorganisation zur Nanophysik
sind in der anhängenden Mind-Map 1 angeführt.
Einblicke in das „Reich der Zwerge“
Ein Nanometer ist bekanntlich der milliardste Teil
eines Meters (10-9 m = 0,000 000 001 m ). Ein Nanometer
ist somit zehnmal so groß wie ein Wasserstoffatom
und 50.000-mal kleiner als der Durchmesser
eines menschlichen Haares. Zur Veranschaulichung
kann der folgende Vergleich dienen: Ein Nanopartikel
ist im Verhältnis zu einem Fußball so groß wie der
Fußball im Vergleich zur Erde.
Die typische Längenskala der Nanotechnologie beginnt
unterhalb von 100 nm und umfasst somit den
Bereich zwischen einzelnen Atomen und Molekülen
oder Molekülgruppen. Doch Nanotechnologie bedeutet
weit mehr als das Vordringen in immer kleinere
Dimensionen. Im Nanobereich werden die Gesetzmäßigkeiten
der klassischen Physik aufgehoben.
Nanoobjekte haben neue Eigenschaften, die man bei
größeren Objekten nicht beobachtet. Im Nanobereich
gelten die Gesetze der Quantenphysik, die zwar auch
im makroskopischen Bereich gelten, dort aber nicht
ohne weiteres beobachtet werden können. Ziel der
Nanotechnologie ist es damit, die Ursachen der neuen
Effekte und Eigenschaften aufzuklären und dieses
Wissen in neuen Anwendungen und technischen
Entwicklungen umzusetzen. Aber warum überhaupt
so kleine Dimensionen? Eine Eigenschaft von Nanopartikeln
ist offensichtlich und von einfachen geometrischen
Gegebenheiten abhängig: Ein großer Teil der
Atome eines Nanopartikels befi ndet sich an seiner
Oberfl äche. Bei Nanopartikeln mit z. B. einem Durchmesser
von 1,4 nm, bestehend aus 55 Atomen, befi nden
sich mehr als 75 % der Atome an der Oberfl äche.
Diese Oberfl ächenatome sind chemisch äußerst
aktiv, weshalb ungeschützte Nanopartikel vehement
zueinander streben und aggregieren. Abhilfe kann
eine Hülle aus schützenden organischen Molekülen
(Ligandhülle) schaffen. Die Entwicklung nanotechnologischer
Anwendungen setzt auch geeignete Analysemethoden
voraus, da die Nanoobjekte kleiner sind
als die Wellenlänge sichtbaren Lichts. Deshalb können
herkömmliche Lichtmikroskope nicht verwendet
werden. Zu den heute wichtigsten Analysegeräten für
den Nanobereich zählen die Elektronenmikroskope
und die Rastersondengeräte wie das Rastertunnelmikroskop
und das Rasterkraftmikroskop. Mit diesen
beiden letztgenannten Mikroskopen lassen sich auch
gezielte Manipulationen auf atomarer Ebene vornehmen.
Es können sogar einzelne Atome damit „angefasst“,
transportiert und zu künstlichen und künstlerischen
Strukturen zusammengebaut werden. So hat
man einzelne Manganatome bei tiefen Temperaturen
auf einer Metalloberfl äche zum Logo der RWTH
Aachen angeordnet, wie auf der Abbildung zu sehen
ist (RWTH Themen, 1/2004, „Vielfalt des Nanokosmos“,
Dr. M. Franke).
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