nanotech no logie

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  • Vorlesung Nanotechnologie -Schlsseltechnologie des 21. Jahrhunderts

    Prof. Dr. Gerd GantefrFachbereich PhysikUniversitt Konstanz

    28. April: Was ist "Nano"?5. Mai: Naturgesetze der Nanowelt: Alles ist hier ganz anders12. Mai: Vorsto in die Nanowelt: neue Techniken und Werkzeuge?19. Mai: Nutzen und Gefahren der Nanowelt26. Mai: Die Zukunft: Alles ist mglich ?

  • 1. Kohlenstoff-Nanorhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. Nano im Alltag5. Gefahren

  • 1. Kohlenstoff-Nanorhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. Nano im Alltag5. Gefahren

  • 1. Kohlenstoff-Nanorhren Herstellung Eigenschaften Einsatzmglichkeiten

  • reiner Kohlenstoff: Graphit reiner Kohlenstoff: Diamant

  • reiner Kohlenstoff: Fasern?

    http://www.mfa.kfki.hu/int/nano/results/2005/spray

  • Zettl Laboratorium , Berkeley

    Single- Wall Nanotube

    Multi-Wall Nanotube

    http://physics.berkeley.edu/research/zettl/projects/imaging.html

    Abstand der Ebenen:0,3 nm

  • gerollter Graphit

  • Herstellung Nanotubes

    http://cobweb.ecn.purdue.edu/~mdasilva/arc%20setup.JPG

  • Extreme EigenschaftenEigenschaft Nanorhren

    Gre 1 nm Durchmesser

    Dichte 1,4 g/cm2 (halb so dicht wie Aluminium)

    Zugfestigkeit 20-fach wie die von hochfesten Stahllegierungen

    Verformbarkeit verbiegbar & kehrt in ursprngliche Form zurck

    Strombelastbarkeit 1000-fache wie die von Kupferdrhten

    Feldemission bei 50-fach kleinerem Wert als Molybdn

    Wrmeleitung doppelt so gro wie von Diamant

    Wrmestabilitt so gut wie Metalldrhte in Mikrochips(in Vakuum sogar besser)

    Kosten 150 mal so teuer wie Gold

  • Rastersondenmikroskope

    Nanorhren als Spitzen Steigerung der Auflsung um Faktor 10

  • Nano-MOSFET

    http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Transistor_CNFET.jpg&filetimestamp=20070629074929

  • Beleuchtungselemente

    Feldemitter auf Nanorhren-Basis Scharfen Spitzen der Nanorhren als

    Quelle fr Elektronen durch Feldemission

    Vakuumrhren-Lampen in 6 Farben doppelt so hell wie konventionelle

    Glhbirnen & langlebiger kommen mit 1/10 der Energie aus

  • Flachbildschirme Nanorhren in dnnem Film auf

    Kontrollelektronik & leuchtstoffbeschichtetes Glas darber

    Elektronen werden wie beim herkmmlichen Fernsehgert gegen Leuchtschirm beschleunigt

    36 Nanorhren-Hufchen feuern in Abstand von 1 mm Elektronen auf Bildpunkt

    Bildpunkt besteht aus phosphorhaltigem Film, der in 3 Grundfarben blau, gelb, rot anregbar

    hergestellt von Samsung

    Kohlenstoff-Nanorhren

  • Flachbildschirme von Samsung

    Vorteile:

    "Nano" ohne LithografieLange Haltbarkeit

  • rund ums Auto

    Benzinleitungs-Hllen mit elektrisch leitende Nanorhren=> unterdrcken Kriechstrme, aus denen Funken entstehen

    leitende Nanorhren (der Firma Hyperion Catalysis International) erleichtern Lackierung von Plastikteilen am Auto:

    mit Nanrhren-Gehalt von 4% lsst sich Plastik erden

    elektrisch hochaufgeladene Lacktrpfchen haften nach Aufsprhen an Oberflche anstatt zu verlaufen=> gleichmigere Lackierung

    Kohlenstoff-Nanorhren

  • Weitere Einsatzmglichkeiten

    Nanorhren-Speicher: Nanorhren zwischen 2 Elektroden Elektrisches Feld zw. Elektroden lsst Nanorhre zusammenziehen / strecken Im gestreckten Zustand stellt sie elektrischen Kontakt her => Stromfluss

    Verbesserung von Kunststoffen: Tennisschlger Leitfhige Antistatikfolien

    Hyperempfindliche Sensoren: halbleitende Nanorhren ndern elektrischen Widerstand, wenn sie Halogenen / Gasen

    ausgesetzt

    Nanopinzetten: 2 Nanorhren an Elektroden auf Glasstab knnen sich bei Spannungsnderungen ffnen &

    schlieen Verwendung zum Aufnehmen & Bewegen von 500 nm groen Objekten

    Kohlenstoff-Nanorhren

  • Movie Nanorhren

  • 1. Kohlenstoff-Nanorhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. Nano im Alltag5. Gefahren

  • Nanobeschichtung Autolack Lotuseffekt Selbstreinigendes Glas

  • Nano-Autolack

    Kratzfester Lack mit Nanoteilchen

    http://www.spiegel.de/auto/aktuell/0,1518,387405,00.html

    4 Lagen:KorrosionsschutzGlttungFarbschichtKlarlack

    Klarlack durch keramischeNanopartikel kratzfest.Nanopartikel durchsichtig, dakleiner als Wellenlnge des Lichts.

    Zukunft: Selbstheilung von Kratzern:Frischer Lack in Nanokapselnim Lack gelagert.

  • Lotuseffekt

    Filme\lotusv2.avi

    Wasser perlt in Tropfen ab & nimmt alle Schmutzpartikel auf Oberflche mit

    Ursache: Nanostrukturierung der Oberflche (Spitzen) & gleichzeitig stark hydrophob

  • hydrophil(Kontaktwinkel 90)

    superhydrophob(Kontaktwinkel >90)

    Kontaktwinkel

    Je hher Kontaktwinkel, desto hydrophober Oberflche

    Superhydrophobie: nur 2 bis 3 % der Tropfenoberflche

    mit Oberflche in Kontakt

  • Silikon-Nanofilamente

    http://de.wikipedia.org/wiki/Silikonnanofilamente

    Silikon: Siliziumatome ber Sauerstoffatome vernetzt plus organische Endgruppen). Nanogewebe aus Silikonfilamenten.

  • Bedeutung des Lotuseffektes Pflanzen: Schutz vor Besiedlung durch

    Mikroorganismen, Krankheitserregern, Keimen oder Bewuchs mit Algen

    hnlich fr Tiere wie Schmetterlinge, Libellen & andere Insekten, die mit Beinen nicht jede Stelle ihres Krpers zum Subern erreichen

    Verhinderung von Verschmutzungen, die Lichteinfall & damit Fotosynthese vermindern & Spaltffnungen verschlieen

    1999 erstes kommerzielles Produkt:selbstreinigende Fassadenfarbe (Lotusan)

    heute: weltweit 600.000 Gebude mit Lotus-Oberflchen ausgestattet

  • Glas mit selbstreinigenden Eigenschaften

    Schmutz kann sich nur schwer auf Oberflche festsetzen

    bei Regen wird Schmutz von abflieendem Wasser abgewaschen

    verzgert Verschmutzung & erleichtert Reinigung

    z.B. an Mautsystemkameras der Bundesautobahnen in Deutschland eingesetzt

  • 1. Kohlenstoff-Nanorhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. Nano im Alltag5. Gefahren

  • Nanomedizin Bildgebung Implantate Therapie und Diagnostik

  • Bessere Bildgebung

    Kontrastmittel fr bildgebenden Verfahren der Tomographie

    Strungen in frherem, besser behandelbarem Stadium erkennen

    Tumore nachweisen, die erst aus wenigen Zellen bestehen

  • berlegene Implantate

    Reparatur von Geweben wie Haut, Knochen & Knorpeln vereinfachen

    Oberflchen aus Nanostrukturen ergeben langlebigere, biokompatible Implantate

    mit Nanopartikeln beschichtetes knstliches Hftgelenk wrde sich fester mit umgebenden Knochen verbinden

  • Lokale Hyperthermie I

    Gold-Nanopartikel, die sich spezifisch an Tumoren anlagern

    Goldteilchen absorbieren Infrarotstrahlung

  • Lokale Hyperthermie II

    Mglichkeit 2: superparamagnetische Nanopartikel

    direkt in Tumor injizieren

    durch angelegtes magnetisches Wechselfeld Tumor erhitzen & zerstren

    Vermarktung ber Firma Magforce Nanotechnologies

    Filme\Animation_der_Nanostart_Beteiligung_MagForce_Nanotechnologies_AG_ber_ihre_Nano_Krebs_Therapie.avi

  • Gezielte Injektion mit Dendrimeren

    Kunststoffe, die sich wie Baumkrone verzweigen

    kugelfrmig, gro wie Protein, stabil

    definierte Hohlrume Behlter fr Wirkstoffe

    aufquellen durch Auslsermolekle Inhalt entweicht

    http://www2.thphy.uni-duesseldorf.de/~likos/archive/ac_dt.pdf

  • Nano-Strichcodes Latexperlen mit Quantenpunkten

    gefllt, z.B. 4 Gren, d.h. 4 Farben, wobei jede in anderer Konzentration

    abgegebenes Licht durch Prisma=> 4 separate Spektrallinien,relative Intensitten von Konzentrationsverhltnis der Quantenpunkte abhngig

    Ergebnis: Spektral-Strichcode

    Anwendungsmglichkeit:Markierung unterschiedlicher DNA-Molekle mit Latexperlen=> leichter Zugang zu Erbmaterial in Proben

  • 1. Kohlenstoff-Nanorhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. Nano im Alltag5. Gefahren

  • Nano im Alltag Nanopapier Nanoschaum (Aerogel) Sonnenschutzmittel Solarzelle

  • NanopapierZellulosefasern mit 20 nm, transparent

    geeignet als Trger fr elektronische Schaltungen

    Eigenschaften: sehr stabil, gute Wrmeleitung

    Strich: 100nm Strich: 200m

  • Aerogel: Gefrorener Rauch

    http://de.wikipedia.org/wiki/Aerogel

    Schaumartig, dendritische.Poren im Nanometerbereich. Innere Oberflchen bis zu 2000m2 pro Gramm. Aus verschiedenen Materialien,meist Silikate.

    Ein 2,5kg schwerer Ziegel getragen von einem 2g schweren Stck Aerogel (NASA)

    Organisches Aerogel im Rasterelektronen-Mikroskop vergrert dargestellt.

    http://www.dlr.de/desktopdefault.aspx/tabid-376/1328_read-115/date-92/

  • Sonnenschutzmittel

    transparente Sonnenschutzmittel

    Partikel aus Titandioxid absorbieren gefhrliche UV-Strahlung

    durchsichtig, da Teilchendurchmesser 50 nm sichtbares Sonnenlicht mit viel lngeren Wellenlngen wird nicht mehr gestreut wie bei weier Sonnenmilch

    dringen nicht durch die Haut

  • Animation: Nanoreisen

  • 1. Kohlenstoff-Nanorhren2. Nanobeschichtung3. Nanomedizin4. Nano im Alltag5. Gefahren

  • Movie: Gefahren

  • Vorlesung Nanotechnologie -Schlsseltechnologie des 21. Jahrhunderts

    Prof. Dr. Gerd GantefrFachbereich PhysikUniversitt Konstanz

    28. April: Was ist "Nano"?5. Mai: Naturgesetze der Nanowelt: Alles ist hier ganz anders12. Mai: Vorsto in die Nanowelt: neue Techniken und Werkzeuge?19. Mai: Nutzen und Gefahren der Nanowelt26. Mai: Die Zukunft: Alles ist mglich ?

    Vorlesung Nanotechnologie