profitieren von nanotechnologie, 2002, p.262

Wenn wir mit dem vorliegenden Buch Ihr Inter-esse an einer vertieften Auseinandersetzung mit dieser grundlegendneuen Technologie wecken können, dann hat es seinen Zweck erfüllt.Mit der N

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Druck: Kösel Buch GmbH, Kempten

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ISBN 3-89879-016-9

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weitere Infos zum Thema

Die Autoren freuen sich über Kritik, Anregungen und Fragen unter:

Nanotech – eine neue Querschnittstechnologie 17 Nanomaschinen seit Urzeiten 19 Neue Konzepte in kleinsten Dimensionen 20

Materie bewegen – Atom für Atom 33 Fullerene und Nanotubes – neue Möglichkeiten

Nanotechnologie als Massenanwendung 38

3 Nanotechnologie – Einblicke und Aussichten 40

Optimierungen im Nanokosmos 42 Neue Bilder aus der Nanowelt 44 Kleinste Dimensionen – unbekannte Effekte 45

Mikroelektronik trifft Nanotech 55

4 Der Assembler – Materie kontrollieren? 69

6 Die internationale Nanotech-Community 82

Nanotechnologie in den Vereinigten Staaten 84 Nanotechnologie in Deutschland 87

Nanostocks zwischen Hoffnung und Zweifeln 99 Potenziale erkennen – Chancen nutzen 100

California Molecular Electronics Corporation 194

*Hans-Olaf Henkel ist seit Juli 2001 Präsident der schaft Gottfried Wilhelm Leibniz, einer von vier großen außeruniversitärenForschungsorganisationen in Deutschland Die Leibniz-Institute, zu denenauch das Institut für Neue Materialien gehört, betreiben überwiegend anwen-dungsorientierte Grundlagenforschung Zuvor amtierte Henkel sechs Jahre alsPräsident des Bundesverbandes der Deutschen Industrie.

»Orientierung in der Zwergenwelt«

Die Nanowelt steckt voller Wunder Seit Beginn der achtziger Jahrehaben Forscher und Ingenieure Schritt für Schritt gelernt, einigedieser Wunder nutzbar zu machen So können heute einzelne Atomegezielt bewegt werden Es wurden chemische Prozesse ergründet, indenen Nanopartikel mit neuartigen Eigenschaften aus wenigen Dut-zend Atomen erzeugt werden können Winzige Motoren und Getriebedokumentieren nicht nur die hohe Ingenieurskunst ihrer Erbauer, son-dern lassen die ersten Nanoroboter greifbar nah erscheinen

Noch ist vieles Zukunftsmusik Den Quantencomputer gibt es

eben-so wenig wie die U-Boote, die durch die menschliche Blutbahn kreisenund Krankheitsherde beseitigen Aber die »Goldgräber im Zwergen-reich« (Franz Frisch) sind längst fündig geworden MaßgeschneiderteNanopartikel aus dem Leibniz-Institut für Neue Materialien machen dieOberfläche einer Kunststoff-CD so hart wie Glas Aus Hanf und Strohwird durch eine Beschichtung mit Nanopartikeln ein feuerfester Bau-stoff, so stabil wie ein Ziegelstein, aber leicht und mit exzellenterWärmedämmung

Wird die Nanotechnologie zur Schlüsseltechnologie des 21 hunderts? Marco Beckmann und Philip Lenz nehmen den Leser mit aufeine spannende Reise in den Nanokosmos Sie stellen die Pioniere derkleinen Welt vor und erklären, was an der Nanotechnologie gegenwär-tig noch Vision, was Wirklichkeit ist Die Autoren beschreiben denWettlauf der drei großen Industrienationen USA, Japan und Deutsch-land um die Technologieführerschaft Und sie sagen, was bei Investitio-nen in die Nanotechnologie zu beachten ist Das alles ist solide recher-chiert und wird in einer wohltuend klaren Sprache dargestellt Wergegenwärtig zwischen zwei Buchdeckeln Orientierung in der Nanoweltsucht, findet sie hier

Jahr-Hans-Olaf Henkel*

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Die Geschichte der menschlichen Innovationen hat ihren Ursprung

in der ostafrikanischen Olduvai-Schlucht Dort erschuf der »Homoerectus« mit der ältesten bekannten Herstellungstechnik das erstemenschliche Werkzeug Aus Kieselsteinen wurden mit Hilfe von ande-ren Steinen Schneidwerkzeuge hergestellt, mit denen das Fleisch kurzzuvor verendeter großer sowie selbst erlegter kleiner Tiere geteiltwurde Mit diesen aus heutiger Sicht einfachen Werkzeugen wurde eineneue Phase der Evolution eingeleitet Geschätzte zwei bis zweieinhalbMillionen Jahre sind seitdem vergangen

Am Anfang des 21 Jahrhunderts steht die Menschheit erneut voreiner Entwicklung, die einen weiteren wichtigen Schritt in der mensch-lichen Evolution bedeuten könnte Waren es gerade in den zurücklie-genden Jahrhunderten Produkte wie Textil, Automobil bis hin zumComputer, die das menschliche Leben voranbrachten, so scheint inZukunft weniger ein neues Produkt als vielmehr eine neue Her-stellungstechnologie den entscheidenden Schub für die Entwicklungder Menschheit zu geben Die »Nanotechnologie« taucht als grundle-

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gend neue Technologiestufe am Horizont auf und weckt bei schaft, Industrie und Investmentbranche gleichermaßen hohe Erwar-tungen

Wissen-Obwohl wir an der Schwelle des nanotechnologischen Zeitalters hen, könnte man meinen, dass es noch viel zu früh ist, um sich bei-spielsweise als Investor mit diesem Thema auseinander zu setzen Dochdiese Bedenken sind unserer Meinung nach unbegründet, da nur einumfassend und frühzeitig informierter Anleger erfolgreich handelnkann Und zu einer umfangreichen und rechtzeitigen Information ge-hört auch die Auseinandersetzung mit Themen, die von der breitenÖffentlichkeit erst später als bedeutungsvoll erkannt werden Natürlichbietet das tägliche Auf und Ab an den Finanzmärkten genug Möglich-keiten, sich Gedanken um seine Anlagestrategie zu machen Doch wersich heute noch über seine Biotech- und Internetinvestitionen aus denvergangenen Jahren ärgert, der muss sich nicht wundern, wenn eineder größten technologischen Revolutionen unserer Zeit, vielleicht sogardie größte aller Zeiten, an seinem Depot ungenutzt vorübergeht Nur wer sich schon jetzt mit den Entwicklungen der Nanotechno-logie vertraut macht und den nanotechnologischen Fortschritt auchnach der Lektüre dieses Buches weiterverfolgt, wird die entstehendenChancen erkennen und von ihnen profitieren

ste-Natürlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, sich einer neuenTechnologie zu nähern Mit dem vorliegenden Buch wenden wir uns anTechnologiebegeisterte und Anleger, die wissen möchten, was sichwirklich hinter dem Begriff »Nanotechnologie« verbirgt Da bislangkein anderes populärwissenschaftliches Buch mit einem vergleichbarenInhalt existiert, profitieren gerade Anleger von einem Wissens-vorsprung, der in dieser Form bisher weltweit einmalig ist

»Eine hinreichend fortgeschrittene Technologie lässt sich nicht mehrvon Zauberei unterscheiden«, wusste schon der britische Autor Arthur

C Clarke Und genau so verhält es sich mit der Nanotechnologie Mitdiesem Buch machen wir einen Anfang, Sie über die Chancen undMöglichkeiten der Nanotechnologie zu informieren Sie werden nichtalles über die Zukunft der Nanotechnologie erfahren, aber genug, umsich als Anleger erfolgreich zu positionieren Sie werden nicht alle Un-

ternehmen der Nanotechnologie kennen lernen, aber die spannendstenund bedeutsamsten Wenn wir mit dem vorliegenden Buch Ihr Inter-esse an einer vertieften Auseinandersetzung mit dieser grundlegendneuen Technologie wecken können, dann hat es seinen Zweck erfüllt.

Mit der Nanotechnologie kann eine neue Zeit für Aktien anbrechen.Sie machen einen guten Anfang, indem Sie sich die Zeit nehmen, die-ses Buch zu lesen

Hofheim am Taunus, im April 2002 Marco Beckmann Philip Lenz

21 Jahrhunderts eine entscheidende Rolle spielen.

Aber was kann man sich unter Nanotechnologie überhaupt len, welche Möglichkeiten können wir bereits heute nutzen, welcheIdeen und Möglichkeiten liegen noch in der Forschung und welcheVisionen werden der Welt einen neuen Weg in die Zukunft bereiten?Viele der großen Visionen der Nanotechnologie werden erst in fernerZukunft eintreten, vielleicht aber auch so, wie man es sich heute vor-stellt, nie realisierbar werden Eine Reihe von Innovationen wird bereitsheute wirtschaftlich genutzt Schon in den nächsten Jahren werdenMikroelektronik und Biotechnologie immer enger mit der Nanotechno-logie verschmelzen und sich durch Entwicklungen in diesen Bereichenauch Fortschritte und innovative Möglichkeiten in vielen anderenGebieten ergeben

vorstel-Obwohl heute manche Konzepte unwirklich erscheinen, wäre eseine Fehleinschätzung, alle Zukunftsvisionen einfach als Utopien abzu-tun Die Welt der einzelnen Atome ermöglicht prinzipiell Unglaub-liches; Visionen nehmen Gestalt an, die vor wenigen Jahren noch nichteinmal existierten Und Erfolge der Forschung geben den Visionärender ersten Stunde durchaus Recht, da die Nanotechnologie Platz fürneue Ideen bietet, die bisher undenkbar waren Allerdings ist auchdavon auszugehen, dass viele Visionen nie Realität werden Konzepte

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werden an der praktischen Umsetzbarkeit scheitern, da natürliche oderandere Hürden nicht zu überwinden sein werden Doch das Forschen

an diesen von vornherein als nahezu unmöglich wirkenden Visionenkann helfen, die Entwicklung in anderen Bereichen voranzubringen Wie bei jeder Technologie gibt es allerdings nicht nur die nützlichenund friedlichen Seiten, auch die Nanotechnologie kann eine »dunkleSeite« entwickeln Allerdings werden sich die schlimmsten Schreckens-visionen wahrscheinlich ebenso wenig realisieren wie die größtenVisionen Mit übertriebenen Hoffnungen, aber auch mit unbegründe-ten Ängsten ist der Sache daher sicher nicht gedient Der erste Schritteiner verantwortungsvollen Auseinandersetzung mit diesem Thema derZukunft sollte eine umfangreiche Information über die Chancen undMöglichkeiten der Nanotechnologie sein Nur so kann man die nano-technologischen Ziele erkennen und ihre Bedeutung für unsere Zu-kunft verstehen

Was ist Nanotechnologie?

Nanotechnologie bedeutet das Vordringen in gigantisch kleine Welten.Allgemein werden künstlich geschaffene Systeme von atomarer Größen-ordnung bis rund einhundert Nanometer der Nanotechnologie zuge-ordnet In der Physik beschreibt die Vorsilbe »nano« den milliardstenBruchteil einer Einheit; ein Nanometer entspricht also 10–9Metern odereinem millionstel Millimeter Auf diese Länge lassen sich ungefähr fünfbis zehn einzelne Atome nebeneinander unterbringen Ein menschlichesHaar ist um das Siebzigtausendfache dicker als ein Nanometer Nano-technologische Bauteile verhalten sich im Größenvergleich zu einemFußball so, wie der Fußball zur Erde Der Begriff Nanotechnologiewurde erstmals 1974 von Norio Taniguchi genannt, durch den erHerstellungsmethoden mit einer über den Mikrometerbereich hinausge-henden Präzision beschreiben wollte

Das Größenverhältnis zeigt auch die Übersetzung des griechischen

Wortes nanos ins Deutsche: Zwerg Und in eben dieser Zwergenwelt

werden viele Möglichkeiten unserer Zukunft liegen; bisher als bar geltende Probleme könnten gelöst werden Es wird sogar für mög-lich gehalten, dass die Nanotechnologie prinzipiell einen Lösungs-

unlös-1 Nanotechnologie <

ansatz für alle naturwissenschaftlichen Fragestellungen unserer Zeitbereithält

Da die Nanotechnologie jedoch erst am Anfang einer Entwicklungmit teilweise fantastischen Aussichten steht, lassen sich noch keine kla-ren Grenzen ziehen Prinzipiell können alle Systeme mit entsprechen-der Strukturgröße der Nanotechnologie zugeordnet werden, wie bei-spielsweise heute schon industriell eingesetzte Oberflächenbeschich-tungen Allerdings grenzt der oft als »Nanotech-Papst« bezeichnete EricDrexler seine Vorstellung von Nanotechnologie weiter ein Der von ihmeingeführte Begriff »molekulare Nanotechnologie« bezeichnete dasgezielte Schaffen von Strukturen durch Kontrollieren und Manipuliereneinzelner Atome Hierbei können durchaus große Produkte entstehen,die allerdings aus nanoskopischen Strukturen durch geplantes Anord-nen von Atomen entstanden sind Auch völlig neue Materialien ausdurchaus bekannten Stoffen könnten so geschaffen werden Die neuenFähigkeiten entstehen im Gegensatz zu bekannten Funktionen durchdie atomare Präzision, die eine bloße Anhäufung klassischer Produk-tionsverfahren so nie leisten könnte Bisher besteht diese perfektionier-

te Nanotechnologie nur in der Theorie

Nanotech – eine neue Querschnittstechnologie

Internet- und Biotechboom der vergangenen Jahre brachten neueEntwicklungen hervor Allerdings waren diese Errungenschaftenhauptsächlich nur eine Optimierung der bestehenden Märkte undbeschränkten sich technologisch fast ausschließlich auf eine Branche.Das Internet ermöglichte es beispielsweise, Produkte besser und welt-weit abzusetzen und durch neue Kommunikationsstrukturen ge-schäftliche Transaktionen und Informationen schneller zu übermit-teln und daraus neue Gewinne zu erzielen

Die Nanotechnologie beschränkt sich dagegen nicht nur auf einenBereich; es finden sich überall Anwendungsmöglichkeiten der Nano-technologie, sei es in der Energie- oder Umwelttechnik, der IT-Brancheoder aber dem Gebiet der Biochemie und Gentechnik Durch diesesinterdisziplinäre Wirken der Nanotechnologie eröffnen sich vollkom-men neue Perspektiven für einen technologischen Fortschritt, da das

> Was ist Nanotechnologie?

Fachwissen aller Naturwissenschaften gebündelt die theoretischenMöglichkeiten der Nanotechnologie auch praktisch umsetzbar machenwird Außerdem sind bei Entwicklungen auf atomarer Ebene oftmalsdie Grenzen zwischen der klassischen Physik, Chemie und Biologieverwischt, da Eingriffe der einen Wissenschaft in ein System unmittel-bar die beiden anderen Bereiche beeinflussen Und nicht zuletzt könn-

te sich unser Alltag in fernerer Zukunft grundlegend ändern, wenn dieNanotechnologie ihr volles Potenzial entfalten wird

Die Nanotechnologie als neue Technologiestufe eröffnet weg von her bekannten technischen Anwendungen und Produkten völlig neueKonzepte, wobei die Natur die Nanotechnologie schon seit Jahr-millionen beherrscht Durch nanotechnologische Forschung könnenkomplett neue Produkte geschaffen werden, die mit bisherigen Techno-logien so nicht realisierbar wären, genauso wie man bestehende Mate-rialien optimieren oder mit neuen Eigenschaften versehen könnte.Auch völlig neue Prozessstrukturen zur Güterproduktion sollen durchdie Nanotechnologie entwickelt werden

bis-Obwohl manche Ziele heute noch in unerreichbarer Ferne sind undeinige Visionen vielleicht nie Realität werden können, gibt es bereitsviele Projekte, die in näherer Zukunft umsetzbar sein werden

Mit Hilfe der Nanotechnologie verbesserte Brennstoffzellen, zellen oder Batterien ermöglichen das wesentlich effizientere Nutzenregenerativer Energien und könnten damit eine echte Alternative zuden begrenzten fossilen Rohstoffen bieten Die Umwelt könnte nichtnur durch längere Materialkreisläufe entlastet werden, auch neuartigeStoffeigenschaften zeigen das riesige Potenzial der Nanotechnologie

Solar-Im Bereich der Computerentwicklung wird die Nanotechnologie dieEntwicklung von Speichermedien mit deutlich verbesserten Speicher-dichten ermöglichen Die Nanotechnologie eröffnet auch neue Ferti-gungsmöglichkeiten für bisher übliche Prozessoren Nanoprozessoren,die mit wenigen oder gar einzelnen Elektronen rechnen und derenTransistoren aus einzelnen Molekülen bestehen können, stehen genau-

so auf den Arbeitsplänen der Forscher wie daraus resultierende, völligneue Computersysteme Der Quantencomputer kann in der makrosko-pischen Welt völlig unbekannte Effekte ausnutzen, um effektiver unddamit deutlich schneller zu arbeiten als bisherige binäre Computer.Das wohl in der breiten Öffentlichkeit bekannteste Ziel der Nano-

1 Nanotechnologie <

technologie ist zugleich auch eines der großen Fernziele, sollte es sojemals realisiert werden Unvorstellbar kleine, U-Boot-ähnliche Robo-ter, sollen in den Körper eindringen und beispielsweise Krebszellengezielt vernichten Solche Nanobots könnten in der Medizin der Zu-kunft mit Sicherheit eine große Rolle bei der Bekämpfung von bisherals unheilbar erachteten Krankheiten spielen Aber auch durch dasSynthetisieren von natürlichen oder künstlichen Stoffen, die gezieltbestimmte schädliche Zelltypen abtöten, wird eine wesentlich effekti-vere Behandlung von Krankheiten ermöglicht Und bisherige Medika-mente können durch Carriers an ihren Wirkungsort gebracht werdenund dort hoch dosiert ihre vollen Fähigkeiten gezielt entfalten.

Nanomaschinen seit Urzeiten

Als Vorbild dieser neuen Technologie dient teilweise die Natur Denn inallen organischen Zellen arbeiten schon seit Urzeiten Nanomaschinen.Zellen und ihre Organellen sind nicht nur in der Lage, sich selbst zureproduzieren, sie synthetisieren auch die Grundstoffe unseres Lebens.Auch sind diese Nanomaschinen in der Lage, alle Vorgänge eines Kör-pers zu steuern Ein Mensch kann nur das leisten, was seine Zellen, unddamit auch die Zellbestandteile, zusammen leisten können Dieses Bei-spiel zeigt auch, dass aus kleinsten Strukturen durch Zusammenwirken

im Großen hochkomplexe Strukturen entstehen können Schließlich istmomentan das menschliche Gehirn der wohl leistungsfähigste existie-rende »Computer« Nicht zuletzt besitzt jede einzelne Zelle das wohleffektivste Speichersystem überhaupt, die DNA

Mit Hilfe der Erbgutstrukturen ist es außerdem theoretisch möglich,über DNA-Bausteine einen für Siliziumcomputer sehr intensivenRechenvorgang parallel und damit schnell abzuarbeiten Jede einzelneDNA-Sequenz stellt eine Recheneinheit dar, wodurch sich ein sehrhohes Leistungspotenzial entfaltet Gerade bei komplexen mathemati-schen Problemen wie dem »Problem des Handlungsreisenden«, demTravelling Salesman Problem (TSP), wird eine Lösung dieser mathema-tischen Aufgabenstellung erst überhaupt effektiv möglich, denn heuti-

ge Siliziumrechner wären mit einer solchen Aufgabenstellung über zulange Zeiträume hinweg beschäftigt Diese »nasse Seite der Nanotech-

> Nanotech – eine neue Querschnittstechnologie

nologie« (Prof Richard Smalley) hat jedoch den Nachteil, dass sie ebenkeine elektrischen Ströme erlaubt; jeder Nanobot wäre sofort kurzge-schlossen

Bis die gigantischen Leistungen der Natur auch für den Menschenkontrolliert in breiteren Anwendungen nutzbar sind, werden nochmehrere Jahrzehnte vergehen Aber selbst die Anfänge der »trockenen«Nanotechnologie zeigen schon viele bemerkenswerte Möglichkeiten.Die Entwicklung wird mit Sicherheit im Laufe der Zeit auch die schongroßen Erfolge der Mikroelektronik in den Schatten stellen Und dieseErfolge verdeutlicht ein Vergleich, aufgestellt von Microsoftgründer BillGates im Jahr 1998 anlässlich der amerikanischen ComputermesseComdex: »Wenn GM eine ebenso schnelle technologische Entwicklungdurchgemacht hätte wie die Mikroelektronik, würden wir heute 25-Dollar-Autos fahren, die nur einen Viertelliter Benzin auf einhundertKilometer verbrauchen würden.«

Neue Konzepte in kleinsten Dimensionen

Sollte der Eindruck entstehen, die Nanotechnologie wäre nur eine tere Miniaturisierung der bisherigen Mikrotechnik, wäre das ein fal-sches Bild Die Entwicklung des Lasers war auch mehr als nur eineWeiterentwicklung der Glühlampe Hier wurden völlig neue und vor-her unbekannte Eigenschaften von Lichtwellen entdeckt, die die Weltder Naturwissenschaften nicht unerheblich beeinflussten

wei-Genauso ist die Nanotechnologie auch mehr als nur eine führung und Verknüpfung bestehender Technologien Sie unterschei-det sich in mehreren Bereichen deutlich von bisher bestehenden tech-nologischen Möglichkeiten Mit Hilfe eines Kraftmikroskops ist manheute schon in der Lage, Materialien in atomaren und molekularenStrukturen gezielt zu beeinflussen So lassen sich Nanobauteile syste-matisch aus einzelnen Atomen aufbauen; mögliche Produkte dieserTechnik wären zum Beispiel Nanotransistoren oder Nanolaser

Weiter-In diesen kleinen Dimensionen treten bisher unbekannte Effekte auf,die als die Regeln der Quantenmechanik zusammengefasst werden.Erwähnt sei zu Beginn nur die Fähigkeit von einzelnen Elektronen, sich

an mehreren Orten gleichzeitig aufzuhalten, übergangslos zwischen

1 Nanotechnologie <

zwei Orten zu springen oder durch atomare Wände zu verschwinden:der so genannte Tunneleffekt

Außerdem können Produkte der Nanotechnologie durch einen teren Effekt auf atomarer Ebene, die Selbstorganisation, entstehen.Hierdurch könnten enorme Qualitätssteigerungen ermöglicht werden,

wei-da Verunreinigungen von Werkstoffen nahezu auszuschließen sind.Eine optimale Anordnung der einzelnen Bestandteile kann so diemakroskopischen Eignungen eines Fabrikats deutlich verbessern Die funktionale Komplexität verschiedener Produkte soll durch dieNanotechnologie deutlich verbessert werden; die einzelnen Einheiteneiner Maschine werden mit größtmöglicher Präzision zusammenarbei-ten und dadurch höhere Leistungen erbringen, die von herkömmlichenProduktionsverfahren so nicht erfüllbar wären Intelligente Werkstoffe,die sich ihrer Funktion und Umgebung anpassen werden, sind einmittelfristiges Ziel verschiedener Forschungsprojekte Aber das theore-tische Potenzial der Nanotechnologie wird sich trotz aller aktuellenFortschritte erst in vielen Jahrzehnten voll entfalten, sollte es in seinengroßen Visionen nicht für immer reine Theorie bleiben

Die ersten spektakuläreren Durchbrüche sind in der IT-Branche undbei medizinischen Anwendungen zu erwarten Heute beeinflusst dieNanotechnologie hauptsächlich Bereiche der bisherigen klassischenTechnologiefelder Es sind bereits verschiedene Produkte auf demMarkt, die vielleicht gar nicht der Nanotechnologie oder ihrem techno-logischen Einfluss zugeschrieben werden Erwähnt seien hier nurSpiegel, die nicht beschlagen, oder mit Nanopartikeln beschichtete,selbstreinigende Glasscheiben

Die nahe Zukunft wird von der Nanotechnologie ebenfalls mehroder weniger sichtbar beeinflusst werden In mehreren Jahren sollennanotechnologische Entwicklungen Grenzen bisheriger Technologienüberwinden Die Leiterbahnstrukturen von Mikroprozessoren werden

in absehbarer Zeit auf den Durchmesser von wenigen zehn tern geschrumpft sein Mit den bisher verwendeten Strukturierungs-systemen ist ein Vorstoßen in diese Dimensionen nicht mehr möglich.Heutige Schaltkreise auf Prozessoren werden mit UV-Licht gefertigt, die

Nanome-so genannte Photolithographie Natürliche Grenzen werden es dieserTechnologie so nicht erlauben, weit unter die einhundert NanometerStrukturgröße vorzudringen, wobei ein Vorstoßen in diese Dimensio-

> Neue Konzepte in kleinsten Dimensionen

nen für die Weiterentwicklung der Computerbranche essentiell werdenwird Kleinere Strukturen erlauben wesentlich schnellere Rechenvor-gänge, bedeuten aber auch eine geringere Wärmeentwicklung – wasnebenbei für Silizium als Halbleiter auch ein wesentliches Kriterium fürhöhere Taktfrequenzen ist – und benötigen logischerweise auch weni-ger Platz Um weiterhin Kapazitätssteigerungen im bisherigen Maße zuerbringen, werden die bestehenden Fertigungsverfahren auf Optimie-rungen aus der Nanotechnologie zurückgreifen, um die nötige Präzi-sion liefern zu können.

All diese Beispiele zeigen, dass die Nanotechnologie in der Zukunfteine wichtige Rolle spielen wird Daraus wird die Chance entstehen, aneiner umfassenden technischen Revolution teilzuhaben, denn was dieNanotechnologie schon durch kleine Entdeckungen hervorbringenwird, kann der Grundstein vieler Anwendungen von morgen werden.Auf Grund der weiten technologischen Basis wird davon ausgegangen,dass die Nanotechnologie im Gegensatz zu dem Internetboom derVergangenheit zu keinem kurzfristigen Trend wird Manche Expertensprechen schon von der letzten industriellen Revolution der Mensch-heit

1 Nanotechnologie <

Die Geschichte einer Revolution

»Nichts auf der Welt ist so mächtig wie eine Idee,

deren Zeit gekommen ist.«

Victor Hugo

Die erste Nanomaschine erblickte vor mehr als drei MilliardenJahren das Licht dieses Planeten Zunächst einfache Zellen habendie für unser heutiges Leben damals feindliche Atmosphäre aus demWasser heraus grundlegend verändert Die Prinzipien der damaligenZellen stellen noch heute die Grundlage für jegliches biologische Lebenauf der Welt dar

»Nano« wurde in den letzten Jahren immer häufiger in Print-,Online- und anderen Medien erwähnt, wodurch der Eindruck entste-hen könnte, das Gebiet der nanotechnologischen Forschung wäre erst

in den letzten Jahren entstanden Aber die Visionen der großen lichkeiten der verschwindend kleinen Strukturen gibt es bereits we-sentlich länger Eines der ersten Vorreiterpatente der Nanotechnologiewurde im Jahr 1939 unter dem Namen »Sol-Gel-Technik« angemeldet Eine Saarbrücker Forschergruppe hat diese vergessene Idee zuneuem Leben erweckt Mit eigentlich makroskopischen Ausgangs-stoffen, die in einer Flüssigkeit gelöst und mit chemischen Verfahreneingedickt werden, also vom Sol- in den Gelzustand übergehen, wer-den durch Kondensieren kristalline Nanopartikel in entsprechendenGrößenordnungen geschaffen Das so entstehende Produkt hat aufGrund dieser Partikel völlig neue Eigenschaften Das entstandene Gelwird auf eine Oberfläche aufgetragen, überschüssiges Lösungsmittelverdampft Zwischen zwei Glasscheiben kann diese Technik durchAnlegen einer elektrischen Spannung den Effekt einer Sonnenbrillehaben Das Nanogel zwischen den Scheiben ist stufenlos tönbar

Mög-In den folgenden Kapiteln sollen die Nanotechnologie und durch sieresultierende Forschungsergebnisse und Anwendungen im zeitlichenÜberblick aus der Vergangenheit heraus bis in die Zukunft der Zukunftdargestellt werden Da wir jedoch immer noch am Anfang der Entwick-lungen stehen, aber schon viele theoretische Visionen seit mehrerenJahren existieren, ist eine absolute Einteilung nicht ohne weiteres mög-

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lich Visionen der Vergangenheit werden durch fortschreitende lagenforschung langsam Realität, auch wenn sie ihr volles Potenzial erst

Grund-in der Zukunft entfalten, vielleicht auch nie Realität werden Um hende Beziehungen nicht auseinander zu reißen, werden deshalb injedem Teil Ereignisse auftauchen, die zeitlich anders eingeordnet wer-den müssten

beste-Pionier der kleinen Welt

In naturwissenschaftlichen Kreisen gilt Richard Phillips Feynman, der

1965 den Nobelpreis für Physik erhielt, als Wegbereiter der nologie und des Nanocomputers Im Dezember 1959 hielt der Profes-sor für theoretische Physik vor der Amerikanischen PhysikalischenGesellschaft einen Vortrag über die Manipulation und Steuerung vonMaterie in atomaren Maßstäben ebenso wie über Computer, die auf derBasis weniger Atome rechnen – Jahre vor den ersten kommerziellenTaschenrechnern und lange, bevor der Begriff Nanotechnologie einge-führt wurde

Nanotech-Außerdem hatte er die Vorstellung von Maschinen und Stoffen, dieebenfalls auf molekularer Größe gefertigt werden: »Die Prinzipien derPhysik, soweit ich sie übersehen kann, sprechen nicht gegen eineSteuerung der Materie Atom für Atom.«

Richard Phillips Feynman war amerikanischer Physiker und arbeitetesowohl am Manhattan Project als auch später am Los Alamos Laboratory

an der Entwicklung der Atombombe mit Den Nobelpreis für Physikerhielt Feynman für eine grundlegende Entdeckung in der Quanten-elektrodynamik, genauer die Entdeckung der Umwandlung eines Pho-tons in Materie und Antimaterie, also in ein Positron und ein Elektron,zusammen mit Julian S Schwinger und Shin’ichiro Tomonaga Außer-dem gehörte er zu den führenden Personen der 1986 von Ronald Reaganeingesetzten Untersuchungskommission zur Aufklärung des Challenger-Desasters, wodurch Richard Phillips Feynman in eine breitere Öffentlich-keit rückte

Aber die zukunftsweisendste Arbeit leistete Feynman wohl mit ner Rede »There’s plenty of room at the bottom« Hier zeigt er, dass esnicht nur Platz nach unten gibt, sondern dass die Räume eben, zumin-

sei-2 Die Geschichte einer Revolution <

dest in der Theorie, gigantisch sind Und um in diese Räume dringen, hatte er eine ebenso simple wie geniale Idee Man brauchtkeine neue Technik in diesen Dimensionen, man arbeitet genauso wie

vorzu-in unserer makroskopischen Welt Angefangen von evorzu-iner Maschvorzu-ine vorzu-inunserer Größe stellen wir immer kleinere Systeme her, passen dieFehlertoleranz an die neuen Gegebenheiten an, und jede Maschine bautnicht nur ein kleineres Ebenbild, sondern hundert Auf diesem Wegstößt man theoretisch in kleinste Dimensionen vor und hat mit einemgeringeren Materialverbrauch der Systeme Produktionskapazitäten, diedas Herstellen jedes denkbaren Produkts an jedem Ort ermöglichen.Heute wird für nanoskopische Roboter eher der Ansatz verfolgt, mitneuen Konzepten den Anforderungen der kleinsten Dimensionen ge-recht zu werden, anstatt bestehende Systeme zu adaptieren Aber auchdas Speichern von Daten in einem unvorstellbar kleinen Maßstab miteiner enormen Datendichte war ein von Feynman gesehenes Anwen-dungsgebiet

So hatte er schon damals eine Vision, wie man die Bücher der ten Bibliotheken der Welt – Ende der fünfziger Jahre des vergangenenJahrhunderts immerhin vierundzwanzig Millionen Bände – in einemWürfel mit der Kantenlänge von 0,1 Millimeter als binäre Zeichen spei-chern könnte Jeder Zustand, also 0 und 1, sollte von je einem Metall-würfel zu hundert Atomen dargestellt werden Damit lassen sich in dementstehenden Würfel ungefähr 115.000 Gigabyte speichern Das sindrund 2.000 handelsübliche Festplatten Zur Zeit dieser Vision war dasElektronenmikroskop technisch noch längst nicht in der Lage, codier-

größ-te Zeichen dieser Größe zu lesen Um einen solchen Dagröß-tenspeicherüberhaupt erst einmal herzustellen, blieben Feynman also zunächst nurtheoretische Ansätze

Diese auch heute noch unvorstellbare Datendichte wird von derNatur aber bereits seit Jahrmillionen übertroffen Das Erbgut, die DNA,speichert mit gerade einmal der Hälfte an Atomen, die in FeynmansVorschlag verwendet werden, ein Bit an Informationen über denmenschlichen Körperbau

Der technische Fortschritt der letzten Jahrzehnte hat es durch dieEntwicklung neuer Mikroskopiemethoden wie Kraft- oder Raster-sondenmikroskope ermöglicht, Daten in kleinsten Maßstäben zu spei-chern So kann man heute im Prinzip alle Telefonbücher der Welt auf

> Pionier der kleinen Welt

einer Fläche von einem Quadratmillimeter speichern, bloß würde dasSchreiben aller Daten noch mehrere zehntausend Jahre dauern Durchweitere Fortschritte auf diesem Gebiet soll den beteiligten Forschernzufolge auch diese Hürde innerhalb der nächsten Jahre überwundenwerden.

Feynman zeigte in seiner Rede nicht nur, dass es möglich sein wird,unvorstellbare Datenmengen zu speichern, sondern dass auch wesent-lich leistungsfähigere Computer mit Hilfe der Nanotechnologie entste-hen können Das beste Beispiel hierfür ist das menschliche Gehirn.Jeder Mensch kann ein ihm bekanntes Gesicht sofort wieder identifi-zieren und ihm Namen und andere Daten zuordnen Für die heutigenGigahertzrechner ist das eine nur schwer zu bewältigende Aufgabe Esgibt zahlreiche Risikofaktoren, die die Identifikation erschweren Fürdas Gehirn sind sie aber kein Problem Man kann einen Menschen innahezu jeder Beleuchtung und jedem Blickwinkel, auch stark verän-dert, wieder erkennen Zwar gibt es heute schon Fingerabdruck- oderIrisscanner und auch optische Erkennungssysteme, die Menschen rela-tiv zweifelsfrei identifizieren können, aber kein binär denkendesSystem kann heute das Gleiche leisten wie die unzähligen »Schalt-kreise« im Gehirn eines Menschen

Feynman hatte nicht nur die Vision von Nanocomputern, auchMaschinen, die durch kontinuierliche Verkleinerung in nanoskaligeStrukturen vordringen, waren Teil seiner Rede Da in dieser Dimensiondurchaus Milliarden Maschinen parallel arbeiten und sich auch selbstreproduzieren können, wäre es denkbar, dass man keine Produktemehr transportieren muss, sondern lediglich Baupläne durch Nano-maschinen umsetzen lässt, die das gewünschte Produkt dann vor Ortanfertigen

In seiner Rede sah Feynman damals die Möglichkeit, durch gezielteBeeinflussung einzelner Atome jeden chemisch stabilen Stoff herzustel-len, und zwar ohne giftige Zwischenverbindungen oder unnötige Ener-gieaufwendung Im Rahmen seines Vortrags schrieb Feynman damalszwei zu je tausend Dollar dotierte Preise aus Der erste sollte denjenigenbelohnen, der es schafft, eine Buchseite auf ein Fünfundzwanzigtau-sendstel ihrer ursprünglichen Größe zu schreiben, so dass sie nachhermit einem Elektronenmikroskop gelesen werden kann Der andere Preissollte an denjenigen gehen, der als Erster einen funktionstüchtigen

2 Die Geschichte einer Revolution <

Elektromotor mit einer Kantenlänge von 0,4 Millimetern herstellt BeideAufgaben wurden längst gelöst; die erste Buchseite auf Stecknadelgrößewurde bereits 1964 »veröffentlicht« Beide Wettbewerbsaufrufe stellenheute nur noch den Anfang eines immer tieferen Vordringens in die Weltder Quantenräume dar, das bereits im Jahr 1959 von einem genialenWissenschaftler vorhergesehen wurde Mit Richard Phillips Feynmanstarb am 15 Februar 1988 in Los Angeles der erste Pionier der Nano-technologie

Über seine Rede hinaus beschäftigte sich Feynman nicht gezielt mitweiteren Ideen zu seinem ersten Ansatz Auch wenn aus heutiger Sichtmanche der erwähnten Gedanken nicht mehr umsetzbar oder unrealis-tisch erscheinen sollten, leiteten diese Ideen doch grundsätzlich dieheutige Nanotechnologie mit ihren Visionen und schon Realität gewor-denen Produkten ein

Visionär des Nanokosmos

Während Richard Phillips Feynman als Urvater der Nanotechnologiegilt, führte K Eric Drexler diese Vision weiter Drexler, der heute oft alsder Nanotech-Papst bezeichnet wird, prägte das Wort »Nanotechno-logie«, das heute synonym zu »Molekulartechnologie« gebraucht wird

In Abgrenzung zur Nanotechnologie als lediglich in nanoskaligenGrößenordnungen geschaffene Strukturen durch natürliche Effekteoder Ähnliches beschäftigt sich die »drexlersche Nanotechnologie« mitder Schaffung neuer komplexer Systeme aus wenigen Atomen und wirdauch mit dem schon erwähnten Begriff der molekularen Nanotech-nologie in Abgrenzung zur heute anwendbaren Nanotechnologiebeschrieben

Der erste Zeitungsartikel, der sich mit Nanotechnologie beschäftigte,erschien im Jahr 1981 in dem Journal Proceedings of the NationalAcademy of Sciences USA Eric Drexler beschäftigte sich hier erstmalsöffentlich mit der Möglichkeit, Strukturen auf molekularer Ebene zubeeinflussen, und den dadurch entstehenden Möglichkeiten für neuar-tige Computer und den Chancen in der Biotechnologie Dabei wollte ernicht nur die Zukunft beleuchten, sondern ging schon damals auf dieaktuelle Forschung ein Während dieser Artikel noch im Bereich

> Pionier der kleinen Welt

Chemie des Magazins erschien, ist der interdisziplinäre Charakter derNanotechnologie heute schon deutlicher zu erkennen, und der Weg alsQuerschnittstechnologie wird immer weiter gebahnt.

Eric Drexler studierte am Massachusetts Institute of Technology (MIT)und schrieb hier auch seine Dissertation über molekulare Maschinen undHerstellungsprozesse Am MIT gründete Drexler eine Förderungs- undForschungseinrichtung, um den Möglichkeiten und Gefahren der Nano-technologie rechtzeitig gewachsen zu sein Eric Drexler leitete im Jahr

1988 an der Stanford University die erste Vorlesung über gie sowie verschiedene Konferenzen des Foresight-Institutes, dessen Vor-sitzender er bereits seit 1986 ist und das von ihm mitgegründet wurde.Für seine wissenschaftlichen Leistungen wurde Drexler 1991 der Preisfür Forschung und Technik von der National Space Society verliehen

Nanotechnolo-In verschiedenen Zeitungsartikeln und mehreren Büchern tigt er sich mit den entstehenden Techniken und den Möglichkeitender Nanotechnologie Die bekanntesten und wegweisendsten Bücherdürften wohl »Engines of Creation«, das bereits im Jahr 1986 erschien,und »Nanosystems« aus dem Jahr 1992 sein, das sich mit den ele-mentarsten Gebieten wie Nanobots, nanotechnologischen Produk-tionsprozessen oder Anwendungen in der Datenverarbeitung beschäf-tigt »Engines of Creation« als eher visionär zu verstehende Arbeitzeigt zwar Möglichkeiten der Nanotechnologie, allerdings ohne diebeschriebenen Konzepte ausführlich wissenschaftlich abzuhandeln.Deshalb war Eric Drexler zunächst in Fachkreisen teilweise genausoumstritten wie seine Visionen Mit »Nanosystems« untermauerteDrexler schließlich seine Konzepte, und die kritischen Auseinander-setzungen wurden sachlicher Bis heute werden Drexlers Ideen jedochteilweise heftig diskutiert

beschäf-Neben Nanobots beschäftigte sich Drexler auch mit der Erforschungmolekularer Elektronik Zu den interessantesten Ergebnissen zählt dieMöglichkeit, Computer zu erschaffen, die kleiner sind als lebende Zellen.Außerdem erforschte er theoretische Möglichkeiten, defekte Erbgutinfor-mationen in der DNA oder durch andere Einwirkungen zerstörte Zellendurch Nanobots wieder zu reparieren Eine Weiterführung dieser For-schungsansätze wird es vielleicht in ferner Zukunft ermöglichen, den Todsehr lange hinauszuzögern, ja eventuell sogar zu überwinden

In seinen Ausführungen zeigt Drexler, dass bereits viele Ideen, die

2 Die Geschichte einer Revolution <

von Richard P Feynman vorhergesagt wurden, mit Hilfe der nologie bereits vollbracht wurden Dabei wurde genau der Ansatz, wieihn Feynman vorschlug, verfolgt: mit einer kontinuierlichen Verkleine-rung der Strukturen Die Einführung der 0,13-Mikrometerstrukturenfür Serienprozessoren ist ein weiterer Schritt in dieser Richtung AusSicht molekularer Nanotechnologie vergleicht man jedoch immer nocheine mehrspurige Autobahn mit einer Streichholzschachtel Statt miteinzelnen Molekülen als Transistoren und einzelnen Elektronen als Bits

Mikrotech-zu rechnen, benutzen alle heute verfügbaren binären Computer immernoch rund hunderttausend Elektronen zur Informationsverarbeitung,was unnötige Zeit und Geschwindigkeitsverluste, Platz sowie Geldkostet

Eric Drexler verfolgt als Ansatz für die Realisierung seiner Theorieneine andere Strategie als Richard P Feynman in dessen Vision Die kon-tinuierliche Verkleinerung, Top-down-Ansatz genannt, wird relativ bald

an ihre Grenzen stoßen So, wie es die momentane Forschung zeigt,steht man vor hohen Barrieren, durch weitere Verkleinerung mit her-kömmlichen Methoden auf die atomare Ebene vorzustoßen Mit ausdem Top-down-Ansatz entstandenen Techniken wie Kraftmikroskopenkann man heute schon Strukturen auf atomarer Ebene schaffen Umjedoch das volle Potenzial der Nanotechnologie auszunutzen und ge-zielt auf atomarer Ebene nanotechnologische Produkte entstehen zulassen, wollte Drexler von herkömmlichen Ansätzen weg eine neue Ideeentwickeln Die von ihm vertretene Bottom-up-Technologie verfolgt fürdiese Verwirklichung die genau entgegengesetzte Methode im Vergleich

zu Feynmans Ansatz Man baut kleine Systeme, so genannte Assembler,direkt auf atomarer Ebene, die danach in der Lage sind, sich selbst zureplizieren, andere Materialien oder Geräte zu erschaffen, und zwar imIdealfall durch das Zusammensetzen einzelner Atome Mit diesem Vor-schlag könnte ebenfalls, noch in Theorie und Grundlagenforschung,das Ziel verwirklicht werden, Materie, selbstverständlich innerhalb derGrenzen der Naturgesetze, zu steuern Sollte der Assembler Wirklich-keit werden – wogegen außer einem enormen Forschungs- und Ent-wicklungsaufwand bis zur praktischen Nutzbarkeit nach Meinung for-schender Experten keine theoretischen Grenzen sprechen –, könnteman durch ihn Stoffe mit nahezu perfekten Eigenschaften oder absolutidentische Kopien von jeder Art von Materie herstellen

> Visionär des Nanokosmos

Die technischen Aussichten, die ein Assembler umsetzen könnte,wären enorm Aber die Wissenschaft steht mit diesem Konzept zu-nächst vor einer grundsätzlichen Anlaufschwierigkeit, dem so genann-ten Bootstrap-Problem Diese Problemstellung beschreibt das grundle-gendste Problem der Forschung, wie man den ersten funktionstüchti-gen Assembler bauen kann

Dabei muss auch das besondere Verhalten von Materie auf diesemLevel berücksichtigt werden, das unseren klassischen Vorstellungen teil-weise absolut zu widersprechen scheint Genauso treten in diesen kleins-ten Dimensionen zwischen den zu schaffenden Systemen und Assemb-lern bisher unbekannte Wechselwirkungen auf Auch ist das Auswertender Vor- und Nachteile einzelner Assemblerkonzepte oder alternativenSystemdesigns dermaßen komplex, dass die heutige Forschung sich aufeine simple Version eines Assemblers beschränkt, um nicht anBeweisszenarien für die Machbarkeit zu scheitern Somit ist das erste Zielein Universalassembler, der als nichtspezialisierte Maschine alle denkba-ren Aufgaben übernehmen kann; und diese Maschine könnte durchausRealität werden, womit sich Eric Drexler in »Nanosystems« beschäftigt

Atome im Blick

Da die theoretische Nanotechnologie von Beginn an mit einzelnenAtomen und Molekülen arbeitet, war es für Jahrzehnte ein wichtigesZiel der Forschung, überhaupt erst durch neue und verbesserte Mikro-skopietechniken auch optisch in diese Welt einzudringen Die erstenserienreifen Elektronenmikroskope, die Lichtmikroskope bei weitemübertrafen, gab es zwar bereits Ende der dreißiger Jahre des 20 Jahr-hunderts, allerdings war auch zu Richard P Feynmans Vortrag 1959 dieWelt der Atome für Menschen noch nicht sichtbar

Erst 1981 gelang es Forschern bei IBM, mit der Entdeckung desRastertunnelmikroskops (RTM) einzelne Atome sichtbar zu machen.Der Schweizer Forscher Heinrich Rohrer erhielt dafür zusammen mitdem Deutschen Gerd Binnig 1986 den Nobelpreis für Physik

Diese auch als STM (Scanning Tunneling Microscope) bezeichneteArt der Mikroskopie unterscheidet sich komplett von der klassischenLichtmikroskopie Diese Technologie erlaubt heute ähnlich wie andere

2 Die Geschichte einer Revolution <

Arten der Elektronen- oder Sondenmikroskopie hunderttausendfacheVergrößerungen bis hin zu Vergrößerungsfaktoren von einer Million.Das STM nutzt einen Quanteneffekt aus, um die Oberfläche einer Probedreidimensional sichtbar zu machen Dieser später noch ausführlicherdiskutierte Tunneleffekt beschreibt hier ein Elektron, das sich an einemPlatz befindet, den es nach Gesetzen der klassischen Physik gar nichteinnehmen dürfte Eine Sonde, meistens eine extrem feine Metallspitze,tastet die leitende Probenoberfläche im Abstand von wenigen Nano-metern ab, wobei zwischen Spitze und Probe eine schwache elektrischeSpannung angelegt ist Auf Grund des Tunneleffekts springen nun zwi-schen Probe und Spitze Elektronen durch den minimalen Abstandüber; ein Strom fließt Je nach Abstand zwischen Probe und Spitze istdieser Strom stärker oder schwächer Das Rastertunnelmikroskop ist sogeregelt, dass die Spitze immer im gleichen Abstand über die Probegleitet, ein stärkerer Strom bewirkt also eine Entfernung von der sichannähernden Probe auf den ursprünglichen Abstand

Der so zeilenweise aufgebaute Datenstrom über die Sondenpositionbeziehungsweise deren Anpassungsbewegung wird mit Computerun-terstützung in ein dreidimensionales Bild umgewandelt und so auch fürden Menschen sichtbar Allerdings muss man bei dieser Mikroskopieartmit der Einschränkung arbeiten, dass nur elektrisch leitende Probenuntersucht werden können

Zur Verbesserung der Auflösung ermöglichten weitere Forschungen

an diesem Konzept schließlich 1996 den Einsatz von den, so genannten Nanotubes, deren Spitze im Idealfall aus nur einementsprechenden Molekül besteht Mittlerweile können durchaus Auflö-sungen von 0,1 Nanometern sowohl vertikal als auch lateral erreichtwerden, wobei sich außerdem der Materialcharakter wie mechanischeoder elektrische und magnetische Eigenschaften analysieren lässt.Das Rasterkraftmikroskop (AFM – Atomic Force Microscope; SFM –Scanning Force Microscope; auch RKM) kann als Weiterentwicklungdes Rastertunnelmikroskops auch nichtleitende Proben untersuchen.Diese Möglichkeit wurde 1986 von Gerd Binnig zusammen mit denForschern Quate und Gerber entdeckt Auch das AFM lässt durch zei-lenweise Probenabtastung ein dreidimensionales Bild entstehen Aller-dings trägt der Tunneleffekt hier nicht zur Oberflächenanalyse bei DieAbstoßungskräfte zwischen der negativ geladenen Metallspitze und den

Kohlenstoffson-> Atome im Blick

Elektronenwolken der Atome der Probe bewirken hier eine sche Auslenkung der Sonde.

mechani-Diese Arten der Rastersondenmikroskopie haben den großen Vorteil,dass sie prinzipiell auch in normaler atmosphärischer Umgebung ein-setzbar sind und die Proben nicht eventuell zunächst für das Hoch-vakuum präpariert werden müssen

Besonders die Weiterentwicklung zum Rasterkraftmikroskop lichte es der Forschung erstmals, auch Fragen von wirtschaftlicher Be-deutung weiter gehend zu klären Durch die atomare Analyse vonOberflächen können die Forscher Effekte wie Reibung und damitVerschleiß von Bauteilen und deren Schmierung besser verstehen undoptimieren Auch Korrosion konnte jetzt atomar untersucht und derentsprechende Schutz verbessert werden Oberflächenbeschichtungenkonnten unter anderem für diese beiden Bereiche dadurch optimiertwerden, und auch in Zukunft können Materialien unempfindlichergegen Außeneinflüsse werden, wodurch enorme Aufwendungen fürInstandhaltungsmaßnahmen eingespart werden können

ermög-Das von Ernst Ruska zur Serienreife gebrachte Elektronenmikroskopals Durchstrahlungsmikroskop (TEM – Transmissionselektronenmikro-skop) durchstrahlt die vorliegende und nur wenige Mikrometer dickeProbe im Gegensatz zum Lichtmikroskop mit einem Elektronenstrahl.Kondensatoren und andere elektrische Bauteile übernehmen hier dieFunktion der optischen Elemente des Lichtmikroskops Heute erlaubtdas TEM Vergrößerungen bis um das Einmillionenfache, indem derElektronenstrahl auf die Probe gelenkt wird und je nach Dicke derProbe unterschiedlich viele Elektronen durchdringen, die auf einemFotoschirm so ein Abbild der Probe abgeben Auch Isolatoren könnenmit Elektronenmikroskopen untersucht werden, da für das Durch-dringen keine elektrische Leitfähigkeit benötigt wird Allerdings müs-sen die Proben im Hochvakuum vorliegen, da ansonsten durch ver-dunstendes Wasser oder ähnliche Störfaktoren der Elektronenstrahlgestört würde und eine Analyse unmöglich wäre

Im Gegensatz zu diesem Elektronendurchstrahlungsmikroskoparbeitet das Rasterelektronenmikroskop (REM) mit einem Elektronen-strahl, der die Oberfläche einer Probe wiederum zeilenweise abtastet.Die Probe muss hier nicht extrem dünn vorliegen, da ein stark gebün-delter Elektronenstrahl Sekundärelektronen aus der Oberfläche löst

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oder an ihr gestreut wird Die von einem Kollektor eingefangenenElektronen erlauben so Rückschlüsse auf die Probe und ermöglicheneine dreidimensionale Ansicht der Probe.

Eine Vermischung dieser beiden Mikroskopiearten erlaubt es heutegenauso wie die Rastersondenmikroskopie, einzelne Atome oder Mole-küle darzustellen

Ein Vergleich der beiden Mikroskopiemethoden zeigt, dass die chanische Abtastung durch eine Sonde wesentlich bessere Ergebnisseliefert als die Elektronenmikroskopie, die nicht in jedem Fall atomareAuflösungen erreichen kann Gerd Binnig äußert sich dazu folgender-maßen: »Das Prinzip des Kraftmikroskops erinnert an einen normalenPlattenspieler Dass das mit Mechanik besser funktioniert als mit einemElektronenmikroskop, ist schon erstaunlich.«

me-Für die Forscher war dieser revolutionäre Durchbruch jedoch nurder Anfang Das Betrachten von Atomen und deren Lage ermöglichtezwar die Weiterentwicklung von Theorien und auch durch besseresVerstehen von Zusammenhängen ein optimiertes nanotechnologischesBild, aber gezieltes Beeinflussen auf atomarer Ebene im Sinne der mole-kularen Nanotechnologie war nach wie vor nicht möglich Allerdingsgab es durch die neuen Mikroskopiemethoden und deren Weiterent-wicklung bereits eine Art Qualitätskontrolle für molekulare Eigen-schaften synthetisierter Stoffe

Materie bewegen – Atom für Atom

Erst knapp zehn Jahre nach der Entwicklung des ersten mikroskops wurde es erstmals möglich, Atome nicht nur zu betrachten,sondern auch zu beeinflussen Genau wie 1981 die Entdeckung desSTM gelang auch dieser technologische Durchbruch Forschern in denSchweizer Labors von IBM Sie nutzten ein Rastersondenmikroskop,dessen Sonde die Oberfläche der Probe berührte Dadurch bleibt imIdealfall ein einzelnes Atom an der Sonde hängen und kann später ananderer Stelle auf einer Oberfläche wieder abgesetzt werden 1989schafften es die Forscher um Donald M Eigler, durch Ausnutzung die-ses Effektes auf einer Nickeloberfläche das Firmenlogo »IBM« aus fünf-unddreißig Xenonatomen herzustellen Dieses Experiment geschah

Rastertunnel-> Atome im Blick

noch bei rund minus 273 Grad Celsius, also kurz vor dem absolutenNullpunkt.

Weiterentwickelte Rasterkraftmikroskope spielen heute als stelle zwischen unserer makroskopischen Welt und dem »Nanokos-mos« eine entscheidende Rolle Diese Technologie wird in den nächs-ten Jahren für die molekulare Nanotechnologie das entscheidendeMittel bleiben, Forschungen voranzutreiben und kommerzielle Pro-dukte herauszubringen Während heutige AFM solche Ergebnisse nochnicht liefern können, da die Arbeitsgeschwindigkeit einfach zu geringist, könnten die durch sie erzielten Forschungsergebnisse in mehrerenJahrzehnten auch die ersten großen Nanotech-Visionen umsetzen.Aber auch nähere Ziele wie optimierte Lichtleiter sind geplant Mitder Sonde des Mikroskops werden in Flüssigkristalle kleinste Liniengezogen, die so präpariert als Bausteine der Datenübermittlung der Zu-kunft dienen sollen Und Millionen kleinster Rastersondenmikroskopeauf einem Polymer sollen hier ähnlich wie im großen Maßstab durchBewegen von einzelnen Atomen Daten schreiben und lesen könnenund so einen Datenspeicher der Zukunft schaffen

Schnitt-Trotz der bahnbrechenden Erfolge der Forscher auf diesem Gebiet gibt

es bei dieser Methode der molekularen Gestaltung noch viele schwierigkeiten Noch längst ist keine ausreichende Präzision erreicht,die es ermöglicht, jegliche Art von Atomen im dreidimensionalen Raum

Anlauf-so anzuordnen, dass sie als stabile Bauelemente in der gewünschten Formentstehen Nur mit bestimmten Atomen und Molekülen können bishernur relativ einfache Schritte ausgeführt werden

Die Weiterentwicklung dieser technologischen Errungenschaft wird

in Zukunft auch solche Probleme lösen können und ein immer res Vordringen in die Nanowelt ermöglichen, das als Grundlage für wei-tere nanotechnologische Anwendungen dienen wird

weite-Fullerene und Nanotubes – neue Möglichkeiten eines alten Elements

Bereits ein Jahr vor der Entdeckung des Rasterkraftmikroskops, also imJahr 1985, entdeckte Richard Smalley zusammen mit Robert F Curl jr

an der Rice University in Houston sowie Sir Harold W Kroto von derUniversity of Sussex in Brighton eine neue Modifikation des Kohlenstoffs

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Bis zu dieser Entdeckung war Kohlenstoff nur als Bestandteil schiedener Verbindungen wie Kohle, Erdöl oder Gas bekannt, die alsEnergieträger dienen Außerdem kannte man Kohlenstoff in Mehrfach-bindungen mit sich selbst modifiziert Graphit ist die kaum brennbareund stabile, kristalline Modifikation des Kohlenstoffs Anwendung fin-det Graphit unter anderem als Elektrode in Akkus oder auch als Mode-rator in Kernkraftwerken

ver-Die wertvollste Form des Kohlenstoffs stellt die kubische Anordnungder Atome dar, der Diamant, einer der härtesten Stoffe der Welt Nurungefähr 20 Prozent der gefundenen natürlichen Diamanten genügenden Ansprüchen für Schmuck, der Rest wird als Industriediamanten fürBohrsysteme oder als Schleifmaterial verwandt Unter gigantischemtechnischem Aufwand werden unter dem Druck von mehreren tausendAtmosphären und bei mindestens 3000 Grad Celsius Industriediaman-ten gefertigt, deren Maximalgewicht bei 0,1 Karat liegt; der größtenatürliche Diamant wiegt mehr als das Dreißigtausendfache

Für die Entdeckung einer weiteren Modifikation des Kohlenstoffserhielten die Forscher 1996 den Chemienobelpreis Sie entdeckten dieals Riesen- oder Fußballmoleküle bekannt gewordenen Fullerene; be-nannt nach dem amerikanischen Architekten Richard BuckminsterFuller, wegen der Ähnlichkeit mit seinen geometrischen Bauten Fulle-rene bestehen aus sechzig oder mehr Kohlenstoffatomen und sindunter anderem bei relativ hohen Temperaturen supraleitend, wegenihrer guten Elektrolumineszenz im optischen Bereich einsetzbar undkönnten als verbesserter Toner in Laserdruckern Anwendung finden.Außerdem wird es für möglich gehalten, in die elektrisch isolierendenFullerene Metallatome einzusetzen, die dann einen isolierten Draht aufmolekularer Ebene darstellen würden Fullerene in größeren Mengenherzustellen gelang erstmals 1990 den Physikern Wolfgang Krätschmerund Donald Huffman im elektrischen Lichtbogen

Mittlerweile haben die Fullerene an Bedeutung verloren 1991 deckte der Japaner Sumio Iijima im Dienst des Elektronikkonzerns NECKohlenstoffatome als feinste Röhren angeordnet, die diesen Platz all-mählich einnahmen Die so genannten Nanotubes sind ähnlich aufge-baut wie die Fullerene Die Nanotubes sind heute ein wichtiger Bestand-teil nanotechnologischer Forschung geworden, da ihre außergewöhn-lichen Eigenschaften von anderen Stoffen teilweise vollkommen unbe-

ent-> Fullerene und Nanotubes – neue Möglichkeiten eines alten Elements

kannt sind Sie haben eine Zugfestigkeit, die herkömmlichen Stahl beieinem Bruchteil des Gewichts bei weitem übertrifft und als die höchstealler bekannten Materialien überhaupt gilt Allerdings werden neueWerkstoffe aus Nanotubes, die im Extremfall erdbebensichere Gebäudeentstehen lassen sollen, von Experten als absolut unrealistisch einge-stuft Neben nach wie vor enormen Materialkosten spricht auch dieextrem glatte Oberfläche gegen eine Verwendung in diesem Bereich DieWärme- und elektrische Leitfähigkeit macht die chemisch reaktionsträ-gen Nanotubes für eine Anwendung im Bereich der molekularenElektronik interessant, zumal sie sich je nach Anordnung der Atomeauch als Halbleiter verhalten können So findet man in einer Stoffklassealle Eigenschaften, die man für elektronische Anwendungen benötigt,könnte man das Potenzial vollständig und zu vertretbaren Preisen aus-nutzen Bisher kostet ein Gramm Nanotubes mehr als tausend Dollar,ungefähr das Hundertfache der gleichen Menge Gold.

Erste Produkte wie Dioden wurden bereits aus Nanotubes gefertigt.Auch als Nanodrähte könnten diese Kohlenstoffstrukturen eingesetztwerden und damit elektronische Bauteile wesentlich effektiver undplatzsparender verbinden Aber auch als elektronische Bauteile selbstkönnten Nanotubes Anwendung finden So gelang es Forschern desIBM-Forschungszentrums New York einen herkömmlichen Transistoraus Silizium als Nanotube-Transistor nachzubauen, der lediglich einFünfhundertstel der Dicke des üblichen Produkts besitzt Auch als

»kalte Elektronenquellen« sind Nanotubes denkbar So könnten siebeispielsweise als hunderttausende kleiner »Bildröhren« in Flachbild-schirmen den Stormverbrauch senken, gleichzeitig die Auflösung erhö-hen und das bei denkbaren niedrigeren Preisen So könnten auch ande-

re Bauteile, die bisher mit Kathodenheizungen funktionieren, mitNanotubes als Elektronenquelle preisgünstiger betrieben werden Japa-nische und Schweizer Forscher haben in ersten Laborversuchen bereitspraktisch gezeigt, dass solche kalten Elektronenquellen in Flachbild-schirmen nicht nur denkbar sind, sondern dass diese Technik auchfunktioniert

Aber auch ihre Struktur lässt sie für neue Anwendungen ideal scheinen In ihren Hohlräumen können Nanotubes andere Stoffe auf-nehmen und beispielsweise als neue Speicherform für Wasserstoff inbrennstoffzellenbetriebenen Autos dienen, die die bisherigen Systeme

er-2 Die Geschichte einer Revolution <

bei weitem übertreffen könnten Allerdings befinden sich die bishererzielten Ergebnisse noch in einem sehr frühen Stadium, und ersteResultate konnten die hohen Erwartungen bisher nicht bestätigen ImGegensatz dazu ist ein in seiner Auflösung deutlich verbessertesMikroskop mit einer durch Nanotubes optimierten Sonde bereits aufdem Markt erhältlich Die Bilder einzelner Atome lassen sich hiermitdeutlicher darstellen, da die Auflösung über den Faktor zehn hinausgesteigert wurde In der Sensorik sind Nanotubes als feinste und emp-findlichste Sensoren bereits ebenfalls im Einsatz Durch die Verände-rung ihres elektrischen Widerstands zeigen Nanotubes die Existenzvon Gasen auch bei Raumtemperatur an Bisher ist das Verhalten aller-dings noch nicht so weit kontrolliert, dass man einzelne Gase gezieltnachweisen kann Weitere aus Nanotubes herstellbare Bauteile sindneben Gleitlagern und Federn mittlerweile nanoskalige Thermometer.Diese Entdeckung wurde von Wissenschaftlern am Nationalen Institutfür Materialwissenschaften in Tsukuba/ Japan gemacht Eine mit flüs-sigem Gallium gefüllte Nanoröhre verhält sich ähnlich wie ein Queck-silberthermometer Je nach Temperatur steigt oder fällt der Flüssig-keitsspiegel, der so die lokale Temperatur im Bereich von fünfzig bisfünfhundert Grad Celsius anzeigen kann Abgelesen wird ein solchesThermometer mit einem Rasterelektronenmikroskop.

Allerdings besteht bei den Nanotubes im Gegensatz zu den renen das Problem, sie bisher nicht im industriellen Maßstab kosten-günstig herstellen zu können Bisherige Methoden wie Laserbeschusszur Freisetzung einzelner Kohlenstoffatome, die sich unter Mitwirkungvon Katalysatoren zu Nanotubes zusammensetzen, lassen verschiedeneRöhrentypen entstehen Für die gewollten Anwendungen wird jedochimmer nur eine Art benötigt, also müssen die Nanotubes erst mühsamund kostenintensiv getrennt werden Neue Methoden bieten jedochAussichten auf eine sinnvolle industrielle Herstellung Beispielsweisewird Kohlenmonoxidgas mit Hilfe eines Katalysators gespalten, und diefrei gewordenen Kohlenstoffatome setzen sich zu Nanotubes zusam-men, wobei die Röhrenlänge mit Hilfe des Gasdrucks geregelt werdenkann

Fulle-Da sich die Forschung in diesem Bereich der Kohlenstoffchemienoch im Grundlagenbereich befindet, wird zunehmend ein Zusammen-wirken von forschenden Instituten und der Wirtschaft wichtiger, um

> Fullerene und Nanotubes – neue Möglichkeiten eines alten Elements

auch kommerziell verwertbare Produkte herstellen zu können Ansätze

in diesem Bereich gibt es bereits, unter anderem durch das wirken in den Kompetenzzentren Für viele Unternehmen könnten sol-che Fortschritte enorm wichtig werden; es gibt bereits Ansichten, dass

Zusammen-ab dem Jahr 2010 mit herkömmlichen Produktionstechniken keineneuen Durchbrüche mehr erzielt werden können Gerade die Nano-tubes können hier eine wichtige Rolle zum Überwinden dieses Punktesspielen

Nanotechnologie als Massenanwendung

Heutige Festplatten verdanken ihre Geschwindigkeit und ihre kapazitäten zum großen Teil einer der Nanotechnologie zurechenbarenEntdeckung aus dem Jahr 1988 Ein Forscherteam am Forschungs-zentrum Jülich entdeckte den so genannten GMR-Effekt (GiantMagnetoresistance) Ein Widerstand eines Leiters ändert sich, wenn er

Speicher-in eSpeicher-in Magnetfeld eSpeicher-ingebracht wird oder eSpeicher-in Magnetfeld angelegt wird.Dieser Magnetowiderstand genannte Effekt ist für herkömmliche Leiterrelativ gering Durch abwechselnde magnetische und nichtmagnetischeSchichten mit einer Bauhöhe von weniger als einem Nanometer erhöhtsich dieser Effekt bis um das Vierfache Ein an solche Schichten ange-brachter Sensor wird heute bei Festplattenlaufwerken beim Datenaus-lesen verwendet Hierdurch kann auch eine nicht zu unterschätzendeSteigerung der Informationsdichte der Datenträger erreicht werden.Dieser Bereich stellt eine der wenigen bisherigen industriell genutztenMassenanwendungen dar Das Prinzip des GMR-Effekts findet aber auchbei anderen bewegten Teilen Anwendung Erwähnt seien nur ABS-Sensoren in der Automobilbranche oder anderen Bereichen der Robotik.Auch in diesem Bereich findet ständig weitere Forschung statt.Durch Ausnutzen weiterer Effekte wird der Tunnel-Magnetowider-standseffekt (TMR-Effekt) erforscht Einerseits könnten hierdurch wei-tere Verbesserungen im Bereich Sensorik erreicht werden, andererseitszweifeln selbst Forscher, ob diese Technologie jemals einen Durch-bruch erzielen wird Allerdings wird dem GMR-Effekt noch ungenutz-tes Potenzial zugesprochen, das vermutlich leichter zu realisieren ist.Weitere bereits kommerziell genutzte nanotechnologische Entwick-

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lungen sind bereits teilweise unbemerkt ein Bestandteil industriellerProzesse geworden Beispielsweise in der Rohölverarbeitung werdenlangkettige Kohlenwasserstoffe bisher durch Hitze oder mit herkömm-lichen Katalysatoren in kürzere Benzinmoleküle zerlegt, wobei dieseCrackverfahren unter anderem relativ energieaufwendig sind Alternativkönnen heute Minerale mit einer Porengröße unterhalb eines Nano-meters als Katalysatoren eingesetzt werden, die die Benzinausbeute inder Verarbeitung um weit über zehn Prozent erhöhen.

Auch Medikamente können heute bereits von nanotechnologischenKonzepten profitieren Gezieltes Wirken bestehender Medikamenteoder eine optimierte Abgabedauer im Körper durch entsprechendgestaltete nanostrukturelle Hüllen als Drug-Delivery-Systeme ist bereitsmöglich Eingesetzt wird eine solche Technologie bereits beispielsweisebei Aids-Medikamenten, die wesentlich effektiver wirken können, dasie durch eine entsprechende Ummantelung länger in der Blutbahnvorhanden sind und ihre Wirkung so erst voll entfalten können

> Nanotechnologie als Massenanwendung

Nanotechnologie – Einblicke und Aussichten

»Die Neigung der Menschen, kleine Dinge für wichtig

zu halten, hat sehr viel Großes hervorgebracht.«

Georg Christoph Lichtenberg

Die nanotechnologische Forschung kam in den letzten Jahrenimmer mehr in das Blickfeld der Öffentlichkeit und auch dernationalen Regierungen Weltweit wurden in den vergangenen Jahrendie Ausgaben für Forschungsprojekte, die im Zusammenhang mitNanotechnologie stehen, massiv verstärkt Als bestes Indiz kann manderzeit den US-Haushalt ansehen, der im Jahr 2001 mit 422 MillionenDollar knapp 80 Prozent mehr finanzielle Mittel für nanotechnologi-sche Forschungen bereitstellt als noch im Vorjahr Für 2002 werdenvon allen Ressorts der US-Regierung insgesamt 579 Millionen US-Dollar für nanotechnologische Forschung in allen Bereichen bereitge-stellt In Europa wurde ein Vierjahresprogramm geschaffen, das mitüber einer Milliarde Euro Nanotechnologie und neue Produktions-prozesse fördern soll

Eine verstärkte Zusammenarbeit der weltweiten Hochschulen, dieauf dem Gebiet der Nanotechnologie tätig sind, hat nicht nur vieleDurchbrüche im Forschungsbereich gebracht Mittlerweile gibt es anvielen Universitäten spezielle Nanotech-Forschungsgruppen, undStudenten haben die Möglichkeit, den Abschluss ihres Studiengangsmit nanotechnologischem Schwerpunkt zu machen

Auch die großen, weltweit operierenden Konzerne widmen sichmittlerweile stark der nanotechnologischen Forschung Dabei werdenmit immer mehr Erfolg zwei Strategien verfolgt Zum einen werdenkleine zukunftsträchtige Unternehmen beobachtet und bei Erfolg über-nommen Aber auch die eigene Forschung wird bei manchen Unter-nehmen mittlerweile mit bis zu einem Drittel des Forschungsbudgets

im nanotechnologischen Bereich unterstützt

Im Sinne molekularer Nanotechnologie ist das zu erreichende Zielder Forschung die direkte Kontrolle einzelner Atome in einem Umfang,der auch sinnvoll kommerziell verwertbare Produkte hervorbringen

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kann Dieses Ziel ist allerdings weitestgehend immer noch eine Vision,die erst langsam in ihren Grundlagen Realität wird Bereits heute beste-hen jedoch schon überzeugende Konzepte nanotechnologischer Ent-wicklung, die auch als Produkte von Firmen im normalen Handel ver-trieben werden Manche solcher nanotechnologischen Produkte spieleneine größere Rolle, als man denken könnte, auch wenn sie in derÖffentlichkeit teilweise gar nicht der Nanotechnologie zugeordnet wer-den Verschiedene funktionierende Systeme haben auch hier die Naturzum Vorbild

Die Nanotechnologie ist mittlerweile zu so einem komplexen schungsfeld herangewachsen, dass ein kompletter Einblick auf wenigenSeiten nahezu unmöglich ist Deshalb beschränken sich die folgendenSeiten auf ausgewählte Beispiele, deren öffentliche Präsenz nicht immer

For-in gleichem Maße gegeben ist Alle erwähnten Beispiele sFor-ind meistensnur ein Weg zum Ziel, zu dem es mehrere parallele Alternativen gibt.Mit den wichtigsten nanotechnologischen Ereignissen der jüngsten Ver-gangenheit und der Beschreibung einer möglichen Zukunft nanotech-nologischer Forschung soll so ein Überblick über das weite Feld derNanotechnologie gegeben werden

Lotusblüten

Das bekannteste natürliche Konzept, das einer nanotechnologischenAnwendung zu Grunde liegt, dürfte der Lotusblüteneffekt sein DieBlätter der Lotuspflanze bieten mit der Struktur ihrer Oberfläche nurminimale Kontaktmöglichkeiten für Schmutz und Wasser Deshalbperlt Wasser auf der Oberfläche ab und spült Schmutzpartikel von ihrherunter

Dieser Effekt findet unter anderem bereits Anwendung bei nigenden Glasvordächern Hier wird mit wenig Regen auch der härtesteSchmutz weggespült; die Glasflächen sind mit Nanopartikeln beschich-tet Diese mit feinsten Noppen überzogene Oberfläche bietet Schmutznur wenig Fläche zum Anhaften und ermöglicht es dem Wasser so, mitwenig Kraft den schwach haftenden Dreck wegzuspülen Denkbar wäreeine solche Anwendung auch, um das Werk von unerwünschtenGraffitisprayern durch kurzes Besprühen mit Wasser verschwinden zu

selbstrei-> Lotusblüten

lassen Die Wasser und Schmutz abweisenden Oberflächen lassen sichaber noch weitreichender einsetzen Man kann zum Beispiel Stoffe, alsoauch Jacken oder Pullover, gegen Schmutz imprägnieren, ohne dassman andere Materialzusammensetzungen benötigt Flüssigkeiten perlensofort von der Oberfläche ab, ohne Flecken zu hinterlassen, anstatt indas Gewebe einzuziehen Sollte hartnäckigerer Schmutz an der Kleidunghängen bleiben, kann man ihn einfach mit Wasser abwaschen Da dieBeschichtung gleichzeitig Wasser abweisend sein kann, braucht dasKleidungsstück nicht einmal zu trocknen; der Tragekomfort wird durchdie aufgebrachte Oberflächenbeschichtung nicht beeinflusst.

Optimierungen im Nanokosmos

Bestehende Produkte, die teilweise unsere Welt nicht unwesentlich einflussen, werden mit der für uns aus makroskopischer Sicht größt-möglichen Präzision gefertigt Im Vergleich zu Produktionsverfahrenvor mehreren Jahrzehnten führte eine solche Präzisionssteigerung oft-mals auch zu einer nicht unwesentlichen Leistungssteigerung Aber ausmolekularer Sicht ist diese Präzision noch längst nicht in einem opti-malen Stadium Könnte man die Präzision in Produktionsprozessenweiter in diese Dimensionen hineinsteigern, besteht auch die Möglich-keit einer weiteren Leistungssteigerung

be-So ist es französischen Forschern bereits im Labor gelungen, einenLithiumakkumulator mit Metalloxidelektroden, deren Oberfläche ausNanopartikeln besteht, in seiner Leistung wesentlich zu verbessern

In ersten Testläufen konnte eine um das Sechsfache gesteigerte tungsabgabe verzeichnet werden Allerdings hat dieses Labormodellbisher eine zu geringe Lebensdauer und zu schwache Spannung, umden Vergleich mit Serienakkus anzutreten Sollten weitere Verbesserun-gen diese Mankos ausgleichen können, würden sich beim Erreichen derSerienreife zum Beispiel die im Moment noch sehr eingeschränktenLaufzeiten von Notebooks deutlich verbessern Alle netzunabhängigenGeräte könnten von diesem Nanotechkonzept profitieren, entwederdurch Steigerung der Betriebsdauer oder durch Gewichtreduzierungohne Leistungseinbußen

Leis-Auch andere, herkömmliche Stoffe können durch Nanopartikel

völ-3 Nanotechnologie – Einblicke und Aussichten <