Vorstoßin den Nanokosmos
Ein Überblick
Niels Boeing, 2.12.2005Quelle: INM, Saarbrücken
Nanotechnik – 2.12.2005
„In meinen Augen sprechen diePrinzipien der Physik nicht gegen dieMöglichkeit, Dinge Atom für Atom zumanipulieren“
Richard Feynman, 1959
„Der Mensch ist in diesem MomentZeitzeuge und Gestalter einer zweiten Genesis, einer grundlegendneuen Evolution materiellerStrukturen“
Gerd Binnig, 2004
Nanotechnik – 2.12.2005
Inhalt
1 Was ist Nanotechnik?
2 Was kann Nanotechnik bereits?
3 Was geht (noch) nicht?
Nanotechnik – 2.12.2005
1 Was ist Nanotechnik?
Alle technischen Verfahren, die gezielt Objekte oder Strukturen von unter 100 Nanometern Ausdehnung erzeugen oder nutzen
In der Nanotechnik treffen sich:
Physik Chemie Biotechnik Medizin Computertechnik Umwelttechnik
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Ein Größenvergleich
Durchmesser/Breite in Nanometer
Objekt Übliche Einheiten
3.476.000.000.000.000,0
33.000.000.000,0
23.000.000,0
50.000,0
130,0
50,0
20,0
10,0
2,0
1,0
0,1
Mond
Kugel des Berliner Fernsehturms
1-Euro-Stück
Haar
PC-Prozessor-Leiterbahnen
Hepatitis-C-Virus
Ribosom
Quantenpunkt
DNS-Molekül
Nanotube (einwandig)
Wasserstoff-Atom
3.476 km
33 m
2,3 cm
50 µm
130 nm
50 nm
20 nm
10 nm
2 nm
1 nm
1 Å
1
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Eckdaten
1956 Entdeckung der DNS-Struktur1959 Richard Feynmans Rede1974 Erste Verwendung des Begriffs „Nanotechnik“1981 Erfindung des Rastertunnelmikroskops1985 Entdeckung der Buckyballs1986 Erfindung des Kraftmikroskops;
Assembler-Utopie1989 Gezielte Verschiebung einzelner Atome1991 Entdeckung der Nanotubes; Prototyp der
Grätzelzelle; funktionale Schichten2000 Entschlüsselung des menschlichen Genoms2001 Erste molekulare Schaltkreise
1
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Nanostrukturenin der Natur
Das Ribosom: 20 nm
Die Muschelschale:
1
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Drei Hauptanwendungsgebiete
Nanowerkzeuge
- Rastersondenmikroskope- Selbstorganisation
Nanomaterialien
- Neue Moleküle und Nanopartikel
- Beschichtungen
Nanosysteme
- Sensoren- Nanoprozessoren- Medikamentencontainer
1
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Werkzeug: Rastertunnelmikroskop
(1981)
1
Werkzeug: Self-Assembly mittels DNS
Kurze DNS-Stränge werden z.B. zu Kreuzen verbunden („Halliday-Junction“), die als Baustein für ausgedehnte DNS-Gerüste dienen soll.
Geforscht wird hieran u.a. an der Columbia University New York und der Uni München.
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Quelle: Scientific American
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Neue Moleküle
Z.B. Kohlenstoff:
Buckyball (C60) & Nanotube
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2 Was kann Nanotechnik bereits?1 Displays aus organi-schen Leuchtdioden
2 Nanosolarzellfilm
3 Kratzfeste, selbst-reinigende Fenster
4, 5 Schmutzabwei-sende Textilien
6 Stuhlrahmen aus Kohlenstoff-Nanotubes verstärktem Kunststoff
10 Kompakter Datenspeicher aus Magnetschichten11 Brennstoffzellen mit Kohlenstoff-Nanotubes12 Nanotechnisch optimiertes Hörgerät-Implantat
7 Künstliches Hüftgelenk aus biokompatiblen Nanomaterialien
8 Antirostlack mit Nanopartikeln
9 Thermochromes Glass zur Regulierung des Lichteinfalls
Quelle: New Scientist
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Nanosensoren
Winzige Strukturenreagieren auf wenigeMoleküle:
1 Hebelchen („Cantilever“) die sich ebenso für einen Cola-Test wie für medizi- nische Tests nutzen lassen (rechts)
2 „Quantenpunkte“ als B- Waffen-Detektoren
Quelle: IBM
2
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Nanomedizinische Therapien
Mit Biomolekülen umhüllte superparamagnetische Nano-partikel werden in Tumorzellen geschleust. Durch Einschalten eines Wechselmagnetfeldes vibrieren sie. Die dadurch entstehende Wärme tötet die Zellen ab.
Dieses von Andreas Jordan, Charité Berlin, entwickelte Verfahren ist bereits in der klinischen Testphase (Phase II). Quelle: Andreas Jordan, Charité
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Nanobiotechnik: Viren als Drahtzieher
In dem von Angela Belcher, MIT, entwickelten Verfahren werden Viren (Bakteriophagen) genmanipuliert, so dass sie in ihrer Hülle Proteine ausbilden, an die sich Halbleiter anlagern.
Quelle: Science
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Nanoelektronik
Die Transistorteile in den modernsten Chips haben eine Breite von 90 nm. Bei ca. 40 nm geht es mit heutigen Techniken nicht mehr kleiner. Mögliche Auswege:
1 „Millipede“ (IBM), 1 Loch für 1 Bit: 15 nm
2 „CrossbarLatch“, (Hewlett-Packard)
3 Nanotube-Transistoren
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3 Was geht (noch) nicht?
Bottom-Up-Technologien: gezielte, automatisierbare und schnelle Integration vieler Nanosysteme zu einem makroskopischen Objekt,
z.B. 1 Mio. Nanotube-Transistoren zu einem Chip vereinigen
Molekulare Nanotechnologie: Zusammenbau beliebiger Gegen-stände Atom für Atom mit Hilfe einer „Assembler-Technologie“, wie von Eric Drexler 1986 vorgeschlagen.
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Links und Texte zur NT......gibt es im Web unter
http://nano.bitfaction.com,
der Site zum Buch„Nano?! Die Technikdes 21. Jahrhunderts“(Rowohlt Berlin)
Kontakt: [email protected]
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