Nanotechnologie [zu nano...], Gebiet naturwissenschaftlicher Forschung und Technologieentwicklung an der Schnittstelle

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Ziele

Zu den Zielen der Nanotechnologie gehören insbesondere die Herstellung neuartiger Materialien und Werkstoffe mit außergewöhnlichen Eigenschaften sowie die Entwicklung neuer Methoden zur extrem dichten und effizienten Datenspeicherung, auf deren Möglichkeit bereits R. Feynman

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Die Entwicklung zur Nanotechnologie

Miniaturisierung: Praktisch erschlossen wurde das Gebiet der Nanotechnologie einerseits durch die ständige Verfeinerung der vorwiegend physikalischen Herstellungsmethoden der Mikroelektronik in einer Top-down-Strategie (»von oben nach unten«), die die Miniaturisierung zu immer kleineren Strukturen beinhaltet. Diese Methoden erlauben es heute auf der Basis lithografischer Verfahren, verschiedenste Materialien bis herunter zu mesoskopischen Abmessungen (mesoskopisches System) von wenigen Nanometern gezielt zu gestalten und zu strukturieren. Andererseits gestatten Verfahren der synthetischen und supramolekularen Chemie

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Nanoskalige Werkstoffe

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Kompositmaterialien

Ein schon vergleichsweise reifer Zweig der Nanotechnologie widmet sich der Schaffung neuer Verbundmaterialien, sogenannter Kompositmaterialien (Nanokomposite), in denen »maßgeschneiderte«

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Vorbilder in der Natur

Ein bekanntes Beispiele für jüngerer Forschungsergebnisse der Nanowissenschaften sind die Erkenntnisse über die selbstreinigende Wirkung der Lotosblume aufgrund ihrer nanoskaligen wasserabstoßenden Oberflächenstruktur (Lotuseffekt), auf deren Basis stark schmutzabweisende Beschichtungsverfahren sowie speziell für Metalloberflächen Verfahren der Laserstrukturierung entwickelt werden konnten. Die Untersuchung der nanoskaligen Struktur von

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Nanosysteme für die Informationstechnologien

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Bauelemente

In den Informationstechnologien gilt es, elektronische, optische oder magnetische Schalteinheiten zu entwickeln, die Information mit höherer Geschwindigkeit, Speicherdichte und Zuverlässigkeit verarbeiten können als die auf Silicium basierenden mikroelektronischen Bauelemente. Die durch ständige Verkleinerung bekannter Bauelemente bestimmte Entwicklung der Mikroelektronik wird voraussichtlich bald ihr Ende finden. Auf diesem Anwendungsgebiet ist die Nanotechnologie in Teilbereichen schon weit entwickelt. Beispielsweise basieren die heute in

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Photonische Informationsverarbeitung

Ergänzend zur elektronischen Datenverarbeitung kann erwartet werden, dass die photonische Datenverarbeitung (optische Datenverarbeitung), d. h. die Datenverarbeitung mit Licht, in den nächsten Jahren zunehmend an Bedeutung gewinnen wird. Allerdings sind hier grundlegende

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Zukünftige Darstellungsmedien

Durch die Nanotechnologie werden auch neue Darstellungsmedien entwickelt, wie das elektronische Papier, das auf einer dünnen Folie auf Wunsch per Funk

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Sensorik, Aktorik und Robotik mit nanoskaligen Elementen

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Mikro- und nanoelektromechanische Systeme

Die Herstellungsverfahren der Mikroelektronik haben zu miniaturisierten sensorischen und aktorischen Systemen geführt (Mikroaktor, Mikromechanik), deren Abmessungen die eines daumennagelgroßen Computerchips nicht überschreiten und die Strukturen im Bereich weniger Mikrometer enthalten (1 μm = 1

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Nanomanipulationsmethoden

Rastersondenmanipulation: Um auf der Nanoskala Materie gezielt manipulieren zu können, bedarf es roboterähnlicher Werkzeuge, mit denen Materie mit Nanometerpräzision bearbeitet und bewegt werden kann. Bereits existierende Werkzeuge basieren auf dem Prinzip der Rastersondenmikroskope, in denen eine feine Spitze am Ende eines langen Hebels eine Oberfläche abtastet.

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Nanoskalige Funktionssysteme in Chemie, Pharmakologie, Biologie und Medizin

Nanotechnologische Forschung dient zunehmend auch der Entwicklung miniaturisierter und parallel arbeitender Analyseverfahren in Chemie, Pharmazie, Biotechnologie und Medizin. Beispielsweise ist in der Genomforschung (Genomprojekt) und bei der Untersuchung von Proteomen eine sinnvolle Nutzung der durch Entschlüsselung des menschlichen Genoms gewonnenen Information erst durch das Verständnis der Funktion und Regulation komplexer biologischer Systeme möglich. Ähnlich wie in der Informationstechnologie

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Risiken

Über die Risiken und Gefahren von Nanomaterialien ist bislang wenig bekannt. Die 2006 eingerichtete Nanokommission der Bundesregierung, die

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Marktpotenzial

Den Anteil der Nanotechnologie an der Wertschöpfung von Produkten anzugeben, ist schwierig. Nanotechnologie dient v. a. zwei Zwecken: der Optimierung einzelner Komponenten

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Werke

Weiterführende Literatur:

M. Wautelet u. a.: Nanotechnologie (2008);
J. Ramsden: Nanotechnology. An
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Quellenangabe
Brockhaus, Nanotechnologie. http://brockhaus.de/ecs/enzy/article/nanotechnologie