Anwendungen der Nanotechnologie : Vorteile und Nachteile

Der Vater der Nanotechnologie ist Heinrich Rohrer. Er wurde am 6. Juni 1933 geboren und starb am 16. Mai 2013 in der Schweiz. Er ist Arbeitgeber bei IBM und erhielt einen Nobelpreis in Physik. Einige der Herstellerfirmen von Nanopartikeln sind Adnano Technologies Private Limited in Majjigenahalli, Advanced Nanotech Lab in Maharashtra, Auto Fiber craft in Jharkhand, etc. Der Begriff hat zwei Teile: Nano und Technologie. Das Wort Nano bedeutet eine sehr kleine Größe und jeder weiß, was ein Millimeter ist, wenn wir einen Millimeter in tausend gleiche Teile zerschneiden, wird ein Teil von ihnen Mikrometer genannt. Wenn wir den Mikrometer weiter in tausend gleiche Teile zerschneiden, wird ein Teil davon Nanometer genannt. Technologie ist eine Strategie oder ein Prozess, der von der Wissenschaft entwickelt wurde, um unser Leben zu verbessern. Im Folgenden wird eine kurze Erklärung der Anwendungen der Nanotechnologie gegeben.

Was ist Nanotechnologie?

Definition: Das Wort Nano bedeutet sehr klein und die Größe eines Nanometers ist 1nm = 10-9m, was etwa 100.000 Mal kleiner als ein menschliches Haar ist. Die Herstellung neuer Dinge in diesem unglaublich kleinen Maßstab wird Nanotechnologie genannt und ist eine der aufregendsten und schnelllebigsten Technologien der heutigen Welt. Einige Nanomaterialien sind auf natürliche Weise entstanden, die wir überall finden können, zum Beispiel in Vulkanasche, in den Ozeanen, im Staub, usw. Einige der natürlich vorkommenden Nanostrukturen sind auch in Pflanzen und Tieren vorhanden.

Heutzutage können Wissenschaftler auch selbst Nanostrukturen erzeugen, indem sie die Atome eines Objekts neu anordnen. Diese Objekte können neue Nanomaterialien mit neuen Eigenschaften bilden. Diese Eigenschaften ändern sich auch je nach Wissenschaft und das ist die Magie der Nanotechnologie. Einige der Hersteller von Nanopartikeln in Indien sind Mittal Enterprises in Hyderabad, Nano Orbital Private Limited in Hyderabad, Nano Span Private Limited, etc.

Nano-Elektronik

Es gibt zwei Nachteile in der Mikroelektronik sie sind physische Größe und Kosten für die Herstellung von IC’s (Integrated Circuits) hoch. Um diese Nachteile zu überwinden, wird die Nanotechnologie eingesetzt. Die Nanoelektronik ist nichts anderes als die Verkleinerung von Transistorbauelementen.

Vorteile des Einsatzes von Nanotechnologie in der Elektronik
Die Vorteile der Nanoelektronik sind im Folgenden dargestellt

Dichte der Speicherchips steigt

  • Das Gewicht sinkt
  • Bei der Herstellung von Chips wird die Nanolithographie eingesetzt
  • In integrierten Schaltkreisen wird die Größe der Transistoren verringert oder reduziert
  • Die Bildschirme elektronischer Geräte werden verbessert
  • Stromverbrauch reduziert
  • Anwendungen der Nanotechnologie in der Nanoelektronik
  • Die Anwendungen der Nanoelektronik werden im Folgenden dargestellt
  • Computer
  • Speicher
  • Neuartige optoelektronische Geräte
  • Anzeigen
  • Quantencomputer
  • Funkgeräte
  • Energieerzeugung
  • Medizinische Diagnostik

Nano-Energien

Die Nano-Energien sind eine Art der Nanotechnologie. Eines der wichtigsten Teilgebiete der Nanotechnologie im Zusammenhang mit Energien ist die Nanofabrikation. Die Nanofabrikation ist definiert als ein Prozess, der verwendet wird, um ein neues Gerät auf der Nanoskala zu erstellen und zu entwerfen.

Anwendungen der Nanotechnologie in den Nanoenergien
Die Anwendungen der Nanotechnologie im Bereich der Nanoenergien werden im Folgenden dargestellt

Wasserstoff-Energie

Es handelt sich um eine Zukunftswirtschaft, in der Energie in Form von Wasserstoff für mobile Anwendungen gespeichert wird und dieser Prozess der Energiespeicherung effizient ist. Der Wasserstoff kann auf zwei Arten in Materialien gespeichert werden: zum einen durch Absorption des Wasserstoffs im Material und zum anderen durch Speicherung des Wasserstoffs in einem Behälter. In den mit Wasserstoff betriebenen Autos und Lastwagen wird das Problem der Speicherung durch einwandige CNTs gelöst.

Brennstoffzellen

Die Einschränkungen von Brennstoffzellen in einer elektrochemischen Reaktion, der Brennstoff wird direkt in Elektrizität umgewandelt. Die Brennstoffzellen verwenden teure Materialien für Elektrodenkatalysatoren und das in der Elektrode verwendete Material ist Platin.

Photovoltaische Solarzellen

In photovoltaischen Solarzellen wird der Strom direkt aus dem Sonnenlicht durch zwei Typen erzeugt: einkristallines Silizium und farbstoffsensibilisiertes (Nano-). Einkristallines Silizium ist teuer in der Herstellung und hat einen geringen Wirkungsgrad, während farbstoffsensibilisiertes (Nano-)Silizium kostengünstig in der Herstellung ist und einen hohen Wirkungsgrad hat.

Kunststoff-Solarzellen

Kunststoffsolarzellen wandeln Sonnenenergie in elektrische Energie um. Die Nachteile von Kunststoffsolarzellen sind ein geringerer Wirkungsgrad, nur bläuliches Licht des Sonnenlichts wird umgewandelt, weniger Bandlückenenergie, in Form von Wärme wird zusätzliche Energie verschwendet und die Herstellungskosten sind hoch.

Was ist Nanotechnologie? – Definition der Nanotechnologie

Der Begriff „Nanotechnologie“ hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit in den Medien erhalten. Nachrichtenberichte haben die Nanotechnologie als die nächste wissenschaftliche Revolution angekündigt – mit Versprechungen von schnelleren Computern, Heilmitteln für Krebs und Lösungen für die Energiekrise, um nur einige zu nennen. Aber was genau ist „Nanotechnologie“? Und kann sie all diese Versprechen erfüllen?

Die offizielle Definition von Nanotechnologie der National Nanotechnology Initiative (NNI) lautet:

Nanotechnologie ist das Verständnis und die Kontrolle von Materie in Dimensionen zwischen etwa 1 und 100 Nanometern, wo einzigartige Phänomene neuartige Anwendungen ermöglichen.

Die Nanotechnologie umfasst Wissenschaft, Technik und Technologie im Nanobereich und beinhaltet die Abbildung, Messung, Modellierung und Manipulation von Materie in diesem kleinen Maßstab.

Die NNI-Definition lässt sich auf drei grundlegende Konzepte herunterbrechen:

Nanotechnologie ist sehr, sehr klein.

Wenn etwas auf der Nanoskala liegt, misst es in mindestens einer seiner Dimensionen zwischen 1 und 100 Nanometern (nm). Wenn Dinge so klein sind, sind sie viel zu klein, um sie mit unseren Augen oder sogar mit einem typischen Lichtmikroskop zu sehen. Wissenschaftler mussten spezielle Werkzeuge entwickeln, wie z. B. Rastersondenmikroskope, um Materialien zu sehen, die sich im Nanometerbereich befinden.

Einige Materialien waren schon immer auf der Nanoskala – wie Wassermoleküle oder Siliziumatome. In jüngster Zeit sind Wissenschaftler jedoch in der Lage, mit neuen Werkzeugen und Verfahren Materialien, die auf der Makroskala üblich sind, auf diese Größe zu synthetisieren und zu manipulieren, wie z. B. Partikel von TiO2 (Titandioxid).

Auf der Nanoskala können sich Materialien auf unterschiedliche und unerwartete Weise verhalten.
Auf der Nanoskala zeigen viele gewöhnliche Materialien ungewöhnliche Eigenschaften, wie z. B. einen bemerkenswert geringeren Widerstand gegen Elektrizität, niedrigere Schmelzpunkte oder schnellere chemische Reaktionen.

Zum Beispiel ist Gold (Au) im Makromaßstab glänzend und gelb. Wenn die Goldpartikel jedoch 25 nm groß sind, erscheinen sie rot. Die kleineren Partikel interagieren anders mit dem Licht, so dass die Goldpartikel in einer anderen Farbe erscheinen. Je nach Größe und Form der Partikel kann Gold rot, gelb oder blau erscheinen.

Ein weiteres Beispiel für Nanopartikel, die anders aussehen als das entsprechende makroskopische Material, findet sich in Sonnenschutzmitteln. Titandioxid (TiO2) wird seit langem in Sonnenschutzmitteln und Sonnenblockern verwendet. Es ist einer der Inhaltsstoffe, die die Cremes in ihrer Farbe weiß erscheinen lassen. Die Hersteller verwenden nun Nanopartikel, um Cremes und Gele herzustellen, die durchsichtig sind – denn Nanopartikel aus TiO2 erscheinen transparent.

Auch andere Eigenschaften können sich ändern, wenn Materialien auf der Nanoskala sind. Zum Beispiel ist Aluminium (Al) das glänzende, biegsame Metall, das zur Herstellung von Getränkedosen verwendet wird. Auf der Nanoskala sind Aluminiumpartikel extrem reaktiv und können explodieren. Nanopartikel sind reaktiver, weil sie eine größere Oberfläche haben als makroskalige Partikel.

Forscher wollen sich diese unterschiedlichen und unerwarteten Verhaltensweisen zunutze machen, um neue Technologien zu entwickeln.
Indem sie sich diese neuen Verhaltensweisen zunutze machen, hoffen Forscher in vielen verschiedenen Disziplinen, viele neue Dinge zu schaffen, die von alltäglichen Produkten wie antimikrobiellen Socken und leichteren Tennisschlägern bis hin zu hochmodernen Solarzellen, schnelleren und kleineren Computern oder medizinischen Behandlungen reichen, die selektiv die Krankheit behandeln. Viele Wissenschaftler und Ingenieure denken, dass die Möglichkeiten endlos sind.

Ist der iPod Nano ein Beispiel für Nanotechnologie?

Mit Nanotechnologie angereicherte Produkte finden bereits ihren Weg auf den Markt. Allerdings nutzt nicht jedes Produkt mit der Bezeichnung „Nano“ wirklich Nanotechnologie. Einige Hersteller verwenden die Vorsilbe „nano-„, um potenziellen Käufern die relative geringe Größe ihrer spezifischen Produkte zu vermitteln. Außerdem hoffen sie, von der Begeisterung für die Nanotechnologie zu profitieren.