Vorstoß in den Nanokosmos Ein Überblick Niels Boeing, 2.12.2005 Quelle: INM, Saarbrücken

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


Inhalt

1 Was ist Nanotechnik?

2 Was kann Nanotechnik bereits?

3 Was geht (noch) nicht?


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


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


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


Nanostrukturenin der Natur

Das Ribosom: 20 nm

Die Muschelschale:

1


Drei Hauptanwendungsgebiete

Nanowerkzeuge

- Rastersondenmikroskope- Selbstorganisation

Nanomaterialien

- Neue Moleküle und Nanopartikel

- Beschichtungen

Nanosysteme

- Sensoren- Nanoprozessoren- Medikamentencontainer

1


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.


Quelle: Scientific American

1


Neue Moleküle

Z.B. Kohlenstoff:

Buckyball (C60) & Nanotube

1


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


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


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

2


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

2


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

2


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.


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]

http://nano.bitfaction.com/






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