Transcript BKU Teil 4 Nanomaterialien

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, [email protected]
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/
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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 (TiO2)
Link zur Webseite
 Zinkoxid (ZnO)
 Siliziumdioxid (SiO2)
Quelle: http://www.nanopartikel.info/cms/Wissensbasis
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Nanosilber
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
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Nanosilber
In Socken und Unterwäsche hilft Nanosilber gegen üblen
Geruch.
Quelle: http://www.planet-wissen.de/natur_technik/forschungszweige/nanotechnologie/index.jsp/
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Nanosilber
Auf Computertastaturen und Türklinken etc. soll Nanosilber die
krankheitserregenden Keime bekämpfen.
Quellen: http://www.apfelwerk.de/, http://www.20min.ch/diashow/
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Russpartikel
Russpartikel (carbon black) werden für industrielle Anwendungen
gezielt hergestellt.
Quelle: http://www.made-in-china.com/showroom/
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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/
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Russpartikel
Russpartikel dienen auch als schwarzes Pigment in Farben und
Lacken.
Quelle: http://www.toplife.at/glaube/artikel23.html
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Kohlenstoff-Nanoröhrchen
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%C3%B6hren
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Kohlenstoff-Nanoröhrchen
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
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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 HightechSportgeräten (Fahrradrahmen, Tennisschläger).
Quelle: http://www.tootoo.com/buy-nanotubes/
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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
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Titandioxid (TiO2)
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 TiO2. Dieses wir lediglich bei technischen
Anwendungen verwendet, um den Lotuseffekt zu erzeugen.
Quelle: http://www.holmenkol.com/de/technologie/lotus-hybrid-matrix.html
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Titandioxid (TiO2)
Video:
Abperlende Regentropfen auf den Lotusblättern.
Quelle: http://www.youtube.com/watch?v=yXzV0VRlffU&feature=related
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Titandioxid (TiO2)
Die beiden animierten Bilder verdeutlichen den Unterschied
zweier Oberflächen. Links ohne, rechts mit TiO2 :
.
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
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Titandioxid (TiO2)
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=Rl35HS-3Mrc&feature=results_
main&playnext=1&list=PL921BEEA8320272FB
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Titandioxid (TiO2)
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/
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Titandioxid (TiO2)
Beschichtete Brillengläser verschmutzen weniger und lassen
das Wasser abperlen.
Quelle: http://www.trendoptic.de/brillenglaeser/veredelung//
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Titandioxid (TiO2)
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/modul3/m_b1.html/
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Siliziumdioxid (SiO2)
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/
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Siliziumdioxid (SiO2)
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.motormobiles2.de/autoberichte09/lexus_kratzfester-lack_heilt_sich_selbst_0910.html/
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Siliziumdioxid (SiO2)
SiO2-Partikel werden seit Jahrzenten als Lebensmittelzusatzstoff
(E551) eingesetzt, um das Verklumpen von Pulvern (Salz,
Streuwürze, etc.) zu verhindern.
Quelle: http://www.kochshop.ch/index.php?cPath=44
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Zinkoxid (ZnO)
ZnO-Nanopartikel absorbieren die UV-Strahlung der Sonne sehr
effizient. Sie werden deshalb beispielsweise in Sonnencremes mit
hohen Lichtschutzfaktoren eingesetzt.
Quelle: http://www.n24.de/news/newsitem_5097572.html
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Zinkoxid (ZnO)
ZnO 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
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Zinkoxid (ZnO)
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/ssc08/pages/Daniel/index.html
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