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.