Was ist Nanotechnologie?

Haselnuss

Ein Nanometer verhält sich zu einem Meter wie eine Haselnuss zur Erde

Foto: Picture-Alliance / Photoshot

Normalerweise bestimmen sich Technologien durch ihren Anwendungsbezug. Die Luftfahrttechnologie beispielsweise beschäftigt sich mit der Entwicklung und Verbesserung von Flugzeugen.

Satellitenaufnahme der Erde

Foto: earth observatory/nasa

Die Nanotechnologie jedoch grenzt sich nicht durch ihren Anwendungsbezug von anderen Technologien ab. 

Vielmehr bestimmt sich die Nanotechnologie zunächst nur durch die Größe der Materialien, die untersucht werden. Ganz allgemein sind diese kleiner als 100 Nanometer bis hin zur Größe eines Atoms.

Die Längenbezeichnung Nanometer geht auf das griechische Wort für Zwerg zurück. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter. Da dies kaum vorstellbar ist, muss man mit einem Größenvergleich arbeiten: Ein Nanometer verhält sich zu einem Meter wie eine Haselnuss zur Erde. Oder: Der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt 50.000 Nanometer.

Nicht nur klein, sondern auch anders

Die Nanotechnologie ist allerdings nicht dadurch ein ganz eigener Bereich, weil generell alles immer weiter miniaturisiert wird. Computer werden kleiner, Mobiltelefone ebenso, daher also notwendiger Weise auch deren elektronische Bauteile. Tatsächlich gibt es heute bereits Schaltkreise, die kleiner als 100 Nanometer sind. Das ist aber nicht der entscheidende Faktor.

Fluoreszierende Quantenpunkte

Nanoteilchen lassen Flüssigkeiten leuchten

Foto: Flad & Flad

Entscheidend ist, dass unterhalb von etwa 50 Nanometern nicht mehr die klassischen physikalischen Gesetze gelten. Hier verhalten sich die Stoffe zunehmend nach quantenphysikalischen Gesetzen. Sie erhalten daher unter Umständen andere optische, magnetische oder elektrische Eigenschaften. Manche Licht reflektierende Materialien etwa werden in Nanogröße für sichtbares Licht durchlässig.

Ein Beispiel: Titandioxid reflektiert Licht sehr gut. Deshalb ist es in Wandfarben enthalten und lässt Wände besonders weiß aussehen. Nanopartikel aus Titandioxid dagegen reflektieren nur ultraviolettes Licht. Sichtbares Licht dagegen lassen sie durch.

Lagert man also Nanopartikel aus Titandioxid in Sonnencremes ein, so ist die Creme vollkommen transparent und auf der Haut unsichtbar. Die schädliche ultraviolette Strahlung dagegen wird reflektiert. Sonnenhungrige können sich also wirkungsvoll vor der schädlichen Strahlung der Sonne schützen, ohne dass die Creme sichtbar ist.

Große Oberfläche - große Wirkung

Ein weiterer Aspekt von Nanoteilchen ist die Tatsache, dass sich die Oberfläche des Materials im Verhältnis zur Masse immer mehr vergrößert. Unterhalb von 100 Nanometern werden daher die Oberflächeneigenschaften einer Substanz immer wichtiger. Vor allem die Atome der Oberfläche einer Substanz reagieren chemisch und physikalisch mit der Umgebung und anderen Materialien.

Künstliche oder natürliche Nanoteilchen können so etwa als Katalysatoren wirken. Auch in der Medizin werden sie eingesetzt, um Medikamente an den Ort zu bringen, wo sie wirken sollen.

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