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0 nanotechnologie nano-na-net! Die Vorsilbe „Nano“ entstammt dem Griechischen und steht für Zwerg. Diese winzige Vorsilbe, die in der Wissenschaft einen milliardstel Meter misst, hat einem ganzen Technologiezweig seinen Namen gegeben: der Nanotechnologie. text: cecile M. lederer szenario 20 . die neue heile welt Broschiert: 215 Seiten, Verlag: Schmetterling, ISBN- 10: 3896575678, ISBN-13: 978- 3896575678 In Stil und Sprache an Science-Fiction-Literatur angelehnt, liefert Peter Schott fundiertes und aktuelles Wissen um eine dringlicher werdende Diskussion und mahnt zu einer entschiedenen Auseinandersetzung mit den zu erwartenden Auswirkungen von Bio- und Nanotechnologie. » Malerei & anstrich Fassbarer wird die Größe eines milliardstel Meters, wenn man sich vorstellt, dass sich ein Nanometer zum Durchmesser einer Murmel verhält wie der Durchmesser einer Murmel zu dem des Erdballs. Die Formen und Materialien von Nano Teilchen sind vielfältig. So gibt es Kristalle im Miniaturformat sowie Kügelchen, Röhrchen oder Stäbchen aus Kohlenstoff oder Metallen wie Gold, Silber oder Platin. Zwar werden erst nach und nach die Eigenschaften und die Auswirkungen bei deren Verwendung verstanden, aber schon jetzt gelten sie als die großen Hoffnungsträger der Wissenschaft. Es gibt zwei Besonderheiten, die Teilchen im Nanobereich aufweisen. Skaliert man nämlich Materialen auf eine atomare Dimensionen herunter, ändert sich gleichzeitig mit der Struktur auch das physikalische und chemische Verhalten, weil die Partikel eine sehr große Oberfläche pro Volumen aufweisen. Mit abnehmendem Durchmesser verringert sich der Schmelzpunkt, und außerdem kommen ab einer gewissen Größe die Gesetze der Quantenphysik 1 ins Spiel. Dadurch können Nanopartikel andersartige optische, magnetische oder elektrische Fähigkeiten annehmen. der superhelden-Modus Was bringen aber diese „SuperheldenEigenschaften“ der Lackindustrie? Die winzigen FeststoffTeilchen können in Lacksysteme eindispergiert und deren Eigenschaften bei der Anwendung drastisch verbessert werden. Dabei bleiben die Teilchen aufgrund ihrer geringen Größe quasi unsichtbar. Mithilfe von anorganischen Nanopartikeln aus Quarz oder Korund können kratz und abriebfeste Lacke für Parkettböden und Autos hergestellt werden, die sogar den Stahlwolle Test problemlos überstehen. In Sanitärbereichen erleichtern sie die Reinigung oder verhindern Feuchtigkeitsaufnahme. So führt auch das Einmischen von nanoskaligen Silberteilchen zu sterilen Oberflächen durch die antimikrobielle Wirkung der Silberionen. Nanoclays, das sind Plättchen mit einer Dicke von 1 nm und einem Durchmesser von 200 nm, finden besonders im Bereich von Flammschutzsystemen und Barriereschichten Anwendung. In brandhemmenden Lacksystemen, aber auch im Bereich der Antistatikbeschichtungen kommen KohlenstoffNanoröhrchen – Carbon Nanotubes, kurz CNT genannt – zum Einsatz. Organischen Schmutz und Schadstoffpartikeln an Fassaden geht es mit selbstreinigenden Farben an den Kragen, die mithilfe der Photokatalyse durch TitandioxidNanopartikel den Schmutz zersetzen. Eine besondere Eigenart der kleinen Helden ist aber schon seit Jahrhunderten bekannt, was man beispielsweise an Kirchenfenstern erkennen kann: ihre intensiven Farben. So wurde deren tiefrotes und violettes Glas häufig mit feinen Partikeln aus Gold eingefärbt. Noch gekonnter wurden die winzigen Metallkügelchen von den Römern eingesetzt, beispielsweise bei dem heute in London zu besichtigenden Lykurgosbecher: Der aufwendig verzierte Glaspokal wirkt im normalen Tageslicht milchiggrün, erstrahlt aber in leuchtendem Rot, wenn man Licht hindurchscheinen lässt. Sein Geheimnis: In das Glas eingearbeitet sind Silber und Goldteilchen mit Durchmessern von etwa 70 Nanometern. was die röMer nicht ahnten Zwar wussten die alten Römer, dass fein zerriebenes Gold diesen besonderen Effekt hervorruft, konnten diesen aber auf wissenschaftlicher Basis nicht begründen. Erst Mitte des 19. Jahrhunderts erkannte der Physiker und Chemiker Michael Faraday 2 , dass dieses Farbenspiel auf reines Gold zurückzuführen ist und nicht etwa auf eine farbige Goldverbindung. Er schloss daraus, dass vor allem die geringe Größe der Goldteilchen die Verantwortung dafür trägt. Im Gegensatz zu den Gegenständen des Alltags, von denen selbst die kleinsten viel grö color - 0607 2009
ßer sind als die Wellenlänge des Lichts, sind Nanoteilchen sehr viel kleiner als die 380 bis 750 Nanometer, die sichtbares Licht für eine Schwingung benötigt. Das hat Konsequenzen für die Beziehung zwischen dem Material und der Strahlung. Trifft Licht beispielsweise auf Goldnanokügelchen, werden die Elektronen im Metall durch das elektrische Feld des Lichts auf eine Seite gedrängt. Gleichzeitig versucht eine kompensierende Kraft, die gleichmäßige Verteilung der Ladungen wiederherzustellen. Das lässt die Elektronengruppe hin und herschwingen, wobei sie einen Teil des Lichts absorbiert und es gleichzeitig ungewöhnlich stark streut. Die Folge: Die Farbe des Lichtanteils, der das Auge erreicht, verändert sich. schicht-betrieb Aber zurück zu aktuellen Einsatzbereichen wie Nanoschichten, die oft nicht dicker als eine Molekülschicht sind. Sie werden entweder kontrolliert aufgebracht oder organisieren sich selbstständig auf der Substratoberfläche. Solche Schichten können die Eigenschaften industrieller Substrate entscheidend verändern. Die SolGelTechnologie 3 hat hier interessante Ergebnisse gebracht. Vom Holzschutzmittel über chromatfreie Korrosionsschutzschichten bis zu kratzfesten Brillengläsern reichen die Anwendungsgebiete. Aus einer flüssigen Stoffmischung (Sol) wächst dabei durch Reaktion mit Wasser und eine nachfolgende Polymerisation beziehungsweise Verdampfen des Lösungsmittels der glasartige Verbund eines Festkörpers (Gel). Für den Strukturaufbau werden diverse Ester 4 der Kieselsäure oder anderer Metalle eingesetzt. Lacke sind nicht immer strukturlos aufgebaut. Sie können Nahordnungen und Überstrukturen bilden und damit ganz neue Eigenschaften vermitteln. Mithilfe des chemischen SolGelProzesses 3 , in dem die Nanomaterialien entstehen, lassen sich – wie bei Nanoschichten aus flüssigen Ausgangsprodukten über einen Niedertemperaturprozess anorganische oder anorganischorganische Werkstoffe produzieren und in Zusammensetzung und Struktur breit gestalten. Kommerzielle Produkte sind beispielsweise in der Kunststoff, Glas bzw. Metalllackierung im Einsatz. Auch völlig neue, innovative und sehr color - 0607 2009 v a r i a b l e Vernetzer und Bindemittelwurden bereits präsentiert. Es handelt sich dabei um chemische Verbindungen, deren Struktur ausgehend von einem Kern baumartig verästelt ist. Dadurch können diese Bindemittel zu harten, aber gleichzeitig hochelastischen Lacksystemen verarbeitet werden. zuKunftsMusiK Was Vorteile bringt, birgt auch Nachteile. Das lehrt uns die Vergangenheit, auch wenn diese Nachteile auf den ersten Blick nicht unbedingt sichtbar sind. So muss besonderes Augenmerk darauf gelegt werden, welche Gefährdung durch diese neue Technologie für Mensch und Umwelt entsteht. Bisherige Ergebnisse weisen darauf hin, dass Kleinstpartikel in einer gebundenen Umgebung, wie zum Beispiel in Form eines Lacks, physiologisch unbedenklich sind und sogar durch Schleifen kaum herausgelöst werden können. Trotzdem fordern Konsumentenschützer die verpflichtende Substitution von nanoskaligen Stoffen, die verpflichtende Einführung von Registern für Produkte, die Nanomaterialien enthalten, und die verpflichtende Kennzeichnung von Nanomaterialien bei allen Konsumprodukten. Das stuft die Lackindustrie als besonders bedenklich ein, denn diese sieht in der neuen Technologie ein enormes Potenzial. Auch spricht sie sich für ein Ausschöpfen der Möglichkeiten aus, weil weitere Innovationen durch diese Forderungen stark eingeschränkt würden. „Wir erwarten uns, dass politische Entscheidungen aufgrund von fundierten, wissenschaftlichen Erkenntnissen getroffen werden. Die Mitarbeit dazu bieten wir gerne an. Es muss dabei zu einem fairen Ausgleich zwischen der kommerziellen Nutzung der Chancen und allfälligen, vorsorglich getroffenen Maßnahmen zur Abwehr von Risiken kommen. Jede Überregulierung muss vermieden werden – das wäre das Aus für technologischen Fortschritt“, meint Komm.Rat Ing. Hubert Culik von Rembrandtin Lack GmbH Nfg KG. nanotechnologie aufgeschnappt „na no na net“: österr. Dialektausdruck für „das ist selbstverständlich“. Quelle: www.ostarrichi.org 1 Die Quantenphysik ist der Bereich der Physik, der sich mit dem Verhalten und der Wechselwirkung kleinster Teilchen befasst. In der Größenordnung von Molekülen und darunter liefern experimentelle Messungen Ergebnisse, die der klassischen Mechanik widersprechen. Insbesondere sind bestimmte Phänomene quantisiert, das heißt sie laufen nicht kontinuierlich ab, sondern treten nur in bestimmten Portionen auf – den sogenannten „Quanten“. 2 Michael Faraday war ein englischer Chemiker und Physiker mit dem Spezialgebiet Elektrotechnik. Geboren am 22.9.1791; gestorben am 25.8.1867 3 Der Sol-Gel-Prozess ist ein Verfahren zur Herstellung nichtmetallischer anorganischer oder hybridpolymerer Materialien aus kolloidalen Dispersionen, den sogenannten Solen. Die Ausgangsmaterialien werden auch als Prekursoren bezeichnet. Aus ihnen entstehen in Lösung in ersten Grundreaktionen feinste Teilchen. Durch eine spezielle Weiterverarbeitung der Sole lassen sich Pulver, Fasern, Schichten oder Aerogele erzeugen. 4 Ester bilden eine Stoffgruppe organischer Verbindungen, die durch die Reaktion einer Sauerstoffsäure und eines Alkohols unter Abspaltung von Wasser (= Kondensationsreaktion) entstehen. Es gibt Ester von organischen Säuren und solche von anorganischen Säuren. Quellen: „Unsere Zukunft – Unser Lack“ der Berufsgruppe Lackindustrie im FCIO, www.farbimpulse.de Malerei & anstrich « 1
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