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WissenPlus: Was genau machen eigentlich Nanotechnologien?

Naturwissenschaften: In der Nanowelt herrschen andere Gesetze als in der Makrowelt. Die Nanowissenschaften gehen ihnen auf den Grund – und bringen Ketchup zum Fließen, Salz zum Rieseln und Nagellack zum Glänzen.

Was jetzt Redaktion in Kooperation mit dem Swiss Nanoscience Institute - 29. April 2021

Nanotechnologie hat sich bereits in unseren Alltag integriert, doch oftmals wissen wir gar nicht, was das alles ist und wie Nanotechnologie überhaupt funktioniert. Der folgende Beitrag soll jetzt ein bisschen Licht in das „Mysterium“ der Nanotechnologien und der Nanowissenschaften bringen.

Nanopartikel stecken z. B. im Sonnenschutz als winzige Titandioxid- oder Zinkoxid-Teilchen. Sichtbar sind sie darin nicht, sie sind einfach zu viel zu klein für das menschliche Auge. Als Carbon Black-Nanopartikel können sie aber in Mascara oder Kajalstiften gesehen werden. Das tiefe Schwarz und die gute Beständigkeit basieren auf den Nanoteilchen – im Nagellack sorgen sie für Farbbrillanz und Widerstandsfähigkeit.

Auch in Lebensmitteln spielt Nanotechnologie eine große Rolle. Salz rieselt nämlich besser dank der Siliziumdioxid-Nanopartikel als Rieselhilfe und Ketchup flutscht besser aus der Flasche dank der Nanotechnologie. Die Beschichtung aus Silber in Kühlschränken hat auch mit der Nanotechnologie zu tun und sorgt dafür, dass das Essen länger hält.

Wo finden wir Nanostrukturen und wer nutzt sie?

Nanopartikel entstehen natürlich in Waldbränden oder wenn Vulkane ausbrechen. Diese Partikel werden von Menschen auch schon seit Jahrhunderten genutzt. Persische Schmiede stellten Damastklingen her, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen und viele Kirchenfenster erscheinen für Menschen rot, obwohl sie aus Gold-Nanopartikeln bestehen. Die Nanostruktur der Geckofüße erlaubt es den Tieren, an Decken zu kleben, an Lotusblumen perlt das Wasser durch die Wachskristalle ab und Chamäleons wechseln ihre Farbe aufgrund von Nanokristallen.

Bereits in ihrem Namen ist die Winzigkeit verhaftet. Das Wort Nano kommt aus dem Altgriechischen und hat die Bedeutung Zwerg. Ein Nanometer ist in mathematischer Ausdrucksweise ein Milliardstel von einem Meter. Die Nanowissenschafter/innen setzen sich mit Objekten auseinander, die nur einige Nanometer groß sind und aus Atomen und Molekülen bestehen. In dieser Welt des Nanometers herrschen ganz andere Gesetze als in der uns vertrauten Makrowelt.

Die Natur ist oft das große Vorbild. Das Zusammenspiel der einzelnen Moleküle und Atome ist in der Natur bestens aufeinander eingespielt. Da sich in der nanowissenschaftlichen Forschung die Grenzen zwischen den Disziplinen auflösen, ist eine enge Kooperationen zwischen zahlreichen Disziplinen und ihren Forscherinnen und Forschern wichtig. Dieser interdisziplinäre Zugang bezieht sich auf die Physik, die Biologie, die Chemie, die Materialwissenschaft, die Medizin, das Ingenieurswesen und die Computertechnologie.

Erforscht wird die Nanowelt intensivst seit der Entwicklung des Rastertunnelmikroskops. Die Physiker Heinrich Rohrer und Gerg Binning von IBM erhielten für diese Entwicklung 1986 den Nobelpreis für Physik. Anstelle von Linsen verwendet dieses Mikroskop eine Sonde, welche die Oberfläche des Objekts Punkt für Punkt abtastet.

Das folgende Video gibt einen spannenden Einblick in die Nanowelt:

 

Zusatzmaterialien zum Thema Nanowissenschaften

Folgende Zusatzmaterialien bietet dieser Beitrag:

  • Was ist Nano? eine optimal aufbereitete Präsentation (pdf), die in die Nanowissenschaften einführt und spannende Fragen beantwortet. Erstellt wurde das Dokument von Dr. Christel Möller vom Swiss Nanoscience Institute.
  • Nanowissenschaften – was geht mich das an? 64-Seiten-Broschüre zu den Anwendungsbereichen der Nanowissenschaften und der Forschung am Swiss Nanoscience Institute an der Universität Basel
  • Absolvent/innen-Broschüre Nanowissenschaften an der Universität Basel – welche Türen öffnet ein Studium der Nanowissenschaften?

Erstellt wurde dieser WissenPlus-Beitrag mit der freundlichen Unterstützung und den Unterlagen des Swiss Nanoscience Institute.

Gesamter Beitrag für den Unterricht

Den gesamten Beitrag zum Download finden Sie auch als angemeldete Lehrperson im Online-Lehrerzimmer unter WissenPlus.

Schulbuchbezug

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Ein Beitrag aus der Was jetzt-Redaktion.