Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für Berufsfach- und

Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen 4. Nanomaterialien MEM-Modul, BKU Teil 4 Autor: Andreas Beck Datum: September 2014 Swiss Nano-Cube Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) 71 278 02 04, info@swissnanocube. ch www. swissnanocube. ch

Was ist ein Nanomaterial? Meistens wird der Begriff "Nanomaterial" gebraucht, wenn das Material innere Strukturen oder äussere Abmessungen hat, die sich in der Grössenordnung von 1 -100 nm bewegen. Diese Abgrenzung ist einigermassen willkürlich, weil beispielsweise Partikel mit einem Durchmesser von 200 nm auch zu den Nanomaterialien gezählt werden. Fulleren: Kugelförmiges Molekül aus 60 Kohlenstoffatomen mit ungefähr 1 nm Durchmesser. Quelle: http: //www. swissnanocube. ch/grundlagen-nano/nanomaterialien/ © 2014 - Swiss Nano-Cube 1

Häufig eingesetzte Materialien Wir wollen hier am Beispiel von sechs häufig eingesetzten Nanomaterialien zeigen, welche unterschiedlichen Wirkungen damit erzielt werden können: § § § Nanosilber Russpartikel Kohlenstoff-Nanoröhrchen Titandioxid (Ti. O 2) Link zur Webseite Zinkoxid (Zn. O) Siliziumdioxid (Si. O 2) Quelle: http: //www. nanopartikel. info/cms/Wissensbasis © 2014 - Swiss Nano-Cube 2

Nanosilber wird nicht nur in der Medizin als wichtigstes Antibiotikum verwendet, sondern ist zudem das häufigste Nanomaterial in Alltagsprodukten. Die keimtötenden Eigenschaften von Silber werden immer öfter in Form von Nanopartikeln genutzt. Gemäss Studien kann es jedoch eine Gefahr für Mensch und Tier darstellen. Quelle: http: //www. doktor-klaus. de/kolloidales-silber-gold/i © 2014 - Swiss Nano-Cube 3

Nanosilber In Socken und Unterwäsche hilft Nanosilber gegen üblen Geruch. Quelle: http: //www. planet-wissen.

Nanosilber Auf Computertastaturen und Türklinken etc. soll Nanosilber die krankheitserregenden Keime bekämpfen. Quellen: http: //www. apfelwerk. de/, http: //www. 20 min. ch/diashow/ © 2014 - Swiss Nano-Cube 5

Russpartikel (carbon black) werden für industrielle Anwendungen gezielt hergestellt. Quelle: http: //www. made-in-china. com/showroom/

Russpartikel Für Autoreifen gibt es ungefähr 40 verschiedene Russtypen, die dem Gummi jeweils spezifische Eigenschaften vermitteln. Sie optimieren z. B. den Rollwiderstand oder den Abrieb. Quelle: http: //www. stayfair. de/ © 2014 - Swiss Nano-Cube 7

Russpartikel dienen auch als schwarzes Pigment in Farben und Lacken. Quelle: http: //www. toplife.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon Nantubes, CNT) sind winzige Röhrchen, die ausschliesslich aus dem Element Kohlenstoff aufgebaut sind, wobei die Wände der Röhrchen aus einer einzigen oder nur ganz wenigen Atomlagen bestehen. Quelle: http: //de. wikipedia. org/wiki/Kohlenstoffnanor%C 3%B 6 hren © 2014 - Swiss Nano-Cube 9

Kohlenstoff-Nanoröhrchen können ein- oder mehrwandig sein (single wall nanotube SWNT bzw. multiple wall nanotube MWNT) Quelle: http: //science. uwaterloo. ca/~foldvari/research_program/index. html © 2014 - Swiss Nano-Cube 10

Kohlenstoff-Nanoröhrchen Nanoröhren werden mit herkömmlichem Kunststoff gemischt, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Kunststoffe verbessert werden. Bei Verbundwerkstoffen mit einem CNT- Anteil von lediglich einem Gewichtsprozent kann eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von bis zu 25 Prozent gegenüber dem Kunststoff erreicht werden. Man findet solche Verbundwerkstoffe in einigen Hightech. Sportgeräten (Fahrradrahmen, Tennisschläger). Quelle: http: //www. tootoo. com/buy-nanotubes/ © 2014 - Swiss Nano-Cube 11

Kohlenstoff-Nanoröhrchen Die Kohlenstoffröhrchen können sich wie ein Metall oder wie ein Halbleiter verhalten und eignen sich damit für einen Einsatz in zukünftigen Nanotransistoren und anderen elektronischen Bauteilen. Quelle: http: //www. innovations-report. de/html/berichte/informationstechnologie/bericht-36580. html © 2014 - Swiss Nano-Cube 12

Titandioxid (Ti. O 2) Titandioxid ist das mit Abstand am häufigsten verwendete Metalloxid. Einsatz findet es vor allem in der Oberflächenveredelung, um diese schmutzabweisend zu machen. Man kennt dieses Prinzip unter dem Namen Lotuseffekt. Die Blätter der Lotuspflanze sind flüssigkeitsabweisend, so dass beispielsweise Wasser einfach abperlt. Dadurch bleiben die Blätter stets sauber, und es können sich keine Pilze oder andere Organismen auf ihnen bilden, die der Pflanze schaden könnten. Die Blätter enthalten kein Ti. O 2. Dieses wir lediglich bei technischen Anwendungen verwendet, um den Lotuseffekt zu erzeugen. Quelle: http: //www. holmenkol. com/de/technologie/lotus-hybrid-matrix. html © 2014 - Swiss Nano-Cube 13

Titandioxid (Ti. O 2) Video: Abperlende Regentropfen auf den Lotusblättern. Quelle: http: //www. youtube.

Titandioxid (Ti. O 2) Die beiden animierten Bilder verdeutlichen den Unterschied zweier Oberflächen. Links ohne, rechts mit Ti. O 2 : . Wassertropfen und Schmutz haften an der glatten Oberfläche. Schmutz wird durch Wasser nur verlagert. Wassertropfen ziehen sich aufgrund der Oberflächenspannung zusammen. Sie laufen ab und nehmen Schmutzpartikel mit. Quelle: http: //www. protec-maschinen. de/lotus_effect-E. htm © 2014 - Swiss Nano-Cube 15

Titandioxid (Ti. O 2) Video: Auf die Oberfläche eines Glasgefässes wurde eine Schicht aufgebracht, welche die gleiche Eigenschaft hat, wie Lotusblätter. Auch hier wird das Wasser abgestossen. Quelle: http: //www. youtube. com/watch? v=Rl 35 HS-3 Mrc&feature=results_ main&playnext=1&list=PL 921 BEEA 8320272 FB © 2014 - Swiss Nano-Cube 16

Titandioxid (Ti. O 2) Mit grösstem Erfolg ist seit 1999 die Fassadenfarbe Lotusan® der Firma Sto AG auf dem Markt. Inzwischen gibt es allein mit diesem Produkt weltweit etwa 500’ 000 Gebäude, die mit Lotus-Oberflächen ausgestattet sind. Quelle: http: //www. prosol-farben. de/dispersionen/fassadenfarben/suedwest-lotusan-siliconfarbe/ © 2014 - Swiss Nano-Cube 17

Titandioxid (Ti. O 2) Beschichtete Brillengläser verschmutzen weniger und lassen das Wasser abperlen. Quelle:

Titandioxid (Ti. O 2) Glas- und Keramikoberflächen werden mit einer ultradünnen und unsichtbaren Schutzschicht versiegelt, so dass die behandelte Fläche Wasser abperlen lässt und das Anhaften von Schmutz und Kalk stark reduziert. Quelle: http: //www. webliner. ch/nano/modul 3/m_b 1. html/ © 2014 - Swiss Nano-Cube 19

Siliziumdioxid (Si. O 2) Dank Nano-Beschichtung können Speisen und Fettspritzer praktisch nicht mehr haften und einbrennen. Was nach dem Backen zurückbleibt, lässt sich mit einem feuchten Tuch und etwas Spülmittel entfernen. Quelle: http: //www. miele. ch/ch/haushalt/produkte/produktvorteile_einbauherde_backofen_16699. htm/ © 2014 - Swiss Nano-Cube 20

Siliziumdioxid (Si. O 2) In Lacken und Beschichtungen können Nanopartikel zur Erhöhung der Kratzfestigkeit und Abriebbeständigkeit eingesetzt werden. Besonders interessant sind diese Eigenschaften für Holz- und Möbellacke, Automobilklarlacke sowie für Industrielacke. Quelle: http: //www. motormobiles 2. de/autoberichte 09/lexus_kratzfester-lack_heilt_sich_selbst_0910. html/ © 2014 - Swiss Nano-Cube 21

Siliziumdioxid (Si. O 2) Si. O 2 -Partikel werden seit Jahrzenten als Lebensmittelzusatzstoff (E 551) eingesetzt, um das Verklumpen von Pulvern (Salz, Streuwürze, etc. ) zu verhindern. Quelle: http: //www. kochshop. ch/index. php? c. Path=44 © 2014 - Swiss Nano-Cube 22

Zinkoxid (Zn. O) Zn. O-Nanopartikel absorbieren die UV-Strahlung der Sonne sehr effizient. Sie werden deshalb beispielsweise in Sonnencremes mit hohen Lichtschutzfaktoren eingesetzt. Quelle: http: //www. n 24. de/newsitem_5097572. html © 2014 - Swiss Nano-Cube 23

Zinkoxid (Zn. O) Zn. O ist ein direkter Halbleiter und wird als durchsichtige leitende Schicht in Leuchtdioden (LEDs) oder in Flüssigkristallbildschirmen verwendet. Quelle: http: //hdtv-fernseher. net/blog/plasma-led-oder-lcd-fernseher © 2014 - Swiss Nano-Cube 24

Zinkoxid (Zn. O) Bei der Herstellung von Solarzellen führt eine 1 Nanometer dünne Zinkoxidbeschichtung dazu, dass deren Wirkungsgrad gesteigert werden kann. Quelle: http: //www. zawiw-html-kurse. de/ssc 08/pages/Daniel/index. html © 2014 - Swiss Nano-Cube 25