MEM-Modul - Swiss Nano Cube

Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für 

Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen 

MEM-Modul 

Gesamtversion 

Datum: Januar 2012 

Autor: Andreas Beck

Kontakt: 

Die Innovationsgesellschaft St.Gallen 

Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen 

Tel. +41 (0) 71 274 72 66 

Mail: info@innovationsgesellschaft.ch 

www.swissnanocube.ch 

Version Januar 2012: 

MEM-Modul / Gesamtversion 

Dieses Modul wurde von Andreas Beck (Fachlehrer Maschinentechnik, Gibb Bern) im Rahmen 

des Projektes Swiss Nano-Cube realisiert. 

Bild Titelseite: Lernende der MEM-Branche (Quelle: © Fotolia – Bernd Geller) 

© Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch 1/125

Inhaltsverzeichnis 


1. Didaktische Hinweise ............................................................................................................. 3 

2. BKU-Teil ............................................................................................................................... 11 

2.1. BKU Teil 1 – Vorbereitungsauftrag .............................................................................. 11 

2.2. BKU Teil 1 – Arbeitsblatt Nanorama-Loft..................................................................... 12 

2.3. BKU-Teil 3 – Veranschaulichung (PP-Präsentation) ................................................... 19 

2.4. BKU-Teil 3 – Veranschaulichung (Begleitinformation) ................................................ 25 

2.5. BKU-Teil 3 – Veranschaulichung (Handout) ................................................................ 30 

2.6. BKU-Teil 3 – Versuch mit Eisen (Arbeitsblatt) ............................................................. 34 

2.7. BKU-Teil 4 – Nanomaterialien (PP-Präsentation) ....................................................... 35 

2.8. BKU-Teil 4 – Nanomaterialien (Begleitinformation) ..................................................... 48 

2.9. BKU-Teil 4 – Nanomaterialien (Handout) .................................................................... 56 

2.10. BKU-Teil 5 – MEM-spezifische Anwendungen (PP-Präsentation) .............................. 64 

2.11. BKU-Teil 5 – MEM-spezifischen Anwendungen (Begleitinformation) ......................... 71 

2.12. BKU-Teil 5 – MEM-spezifischen Anwendungen (Handout) ......................................... 78 

2.13. BKU-Teil 5 – MEM-spezifischen Anwendungen (Arbeitsblatt) .................................... 83 

2.14. BKU-Teil 6 – Lernkontrolle ........................................................................................... 84 

3. ABU-Teil ............................................................................................................................... 87 

3.1. ABU-Teil 1 – Vorbereitungsauftrag .............................................................................. 87 

3.2. ABU-Teil 2 – Vermutete Gefahren (PP-Präsentation) ................................................. 89 

3.3. ABU-Teil 2 – Vermutete Gefahren (Begleitinformation) .............................................. 97 

3.4. ABU-Teil 2 – Vermutete Gefahren (Handout) ............................................................ 104 

3.5. ABU-Teil 2 – Vermutete Gefahren (Arbeitsblatt) ....................................................... 109 

3.6. ABU-Teil 3 – Nano im Recht (PP-Präsentation) ........................................................ 110 

3.7. ABU-Teil 3 – Nano im Recht (Begleitinformation) ..................................................... 114 

3.8. ABU-Teil 3 – Nano im Recht (Handout) ..................................................................... 119 

3.9. ABU-Teil 4 –Lernkontrolle .......................................................................................... 122 

3.10. ABU-Teil 5 – Ergänzungsauftrag ............................................................................... 125 


1. Didaktische Hinweise 

Ausgangslage 


Das MEM-Modul ist auf die fünf technischen MEM-Berufe mit EFZ-Abschluss ausgerichtet. 

˗ Automatiker/in 

˗ Elektroniker/in 

˗ Informatiker/in 

˗ Konstrukteur/in 

˗ Polymechaniker/in 

Die Lehrplananalyse dieser fünf Berufe hat ergeben, dass die Nanotechnologe in den Inhalten, 

welche durch die Berufsfachschulen vermittelt werden müssen, keine Erwähnung findet. 

Es besteht aber durchaus die Möglichkeit, das Modul im Rahmen der bereichsübergreifenden 

Projekte zu behandeln, welche wie folgt umschrieben sind: 

Bereichsübergreifende Projekte: 

- Behandlung neuer Technologien (Technologien, und branchenspezifische Themen, 

welche im KoRe-Katalog nicht enthalten sind). 

Auch im Rahmenlehrplan für den allgemeinbildenden Unterricht ist die Nanotechnologie nicht 

explizit erwähnt. 

Sie kann jedoch in der Sparte Gesellschaft unter folgenden Aspekten eingebunden werden: 

Aspekt Ökologie 

˗ Ökologische Problemstellungen beurteilen: 

Die Lernenden analysieren ihr eigenes Verhalten und beurteilen Eingriffe in die Natur 

im persönlichen, beruflichen und gesellschaftlichen Umfeld unter dem Blickwinkel 

nachhaltiger Entwicklung. 

˗ Ökologische Lösungsansätze formulieren: 

Die Lernenden formulieren Lösungsansätze bezüglich der ökologischen Nutzung von 

Energie, Rohstoffen, Wasser, Luft oder Boden im persönlichen und beruflichen Umfeld 

und erkennen, dass ökologisches Verhalten die Umweltqualität verbessert, bzw. die 

zunehmende Belastung reduziert. 

Aspekt Technologie 

˗ Einfluss der Technologien analysieren: 

Die Lernenden analysieren den Einfluss von Technologien im persönlichen, beruflichen 

und gesellschaftlichen Umfeld und beurteilen Auswirkungen. 

˗ Chancen und Risiken beurteilen: 

Die Lernenden beurteilen Chancen, Risiken und Grenzen technologischer 

Errungenschaften im persönlichen, beruflichen und gesellschaftlichen Umfeld. 


Struktur 




Das Modul ist aufgeteilt in einen berufskundlichen Teil (BKU) und einen Teil für den 

allgemeinbildenden Unterricht (ABU). Jeder dieser Teile umfasst, je nach zeitlichem Budget, 

zwei bis vier Lektionen. Die aufgeführten Inhalte stellen aus unserer Sicht ein Minimum dar, 

können aber beliebig mit anderen Inhalten ergänzt oder vertieft werden. 

Courselet-Dateien 

Die beiden Teile stehen auch als Courselet-Dateien zur Verfügung. Sie können 

heruntergeladen und in educanet � importiert werden. 

Die Inhalte wurden weitestgehend übernommen und so angepasst, dass sie von den 

Lernenden selbständig am PC bearbeitet werden können. 

Da die verschiedenen Kapitel in educanet � einzeln freigeschaltet werden können ist es auch 

möglich, die Lernenden einige Teile selbständig lösen zu lassen und die anderen Teile 

konventionell zu unterrichten. 

Zeitliche Abfolge 

Zur Bearbeitung des ABU-Bereichs ist es notwendig, dass auf die Grundlagen der 

Nanotechnologie, welche im BKU-Teil vermittelt werden, aufgebaut werden kann. Somit ist 

darauf zu achten, dass die BKU-Lektionen vor der ABU-Sequenz platziert werden. 


BKU-Teil 

1. Vorbereitung 


Zum Kennenlernen von Produkten, welche Nanomaterialen enthalten, eignet sich das Modul 

Nanorama-Loft bestens. Die Lernenden erhalten den Auftrag, als Hausaufgabe durch 

Nanorama-Loft zu „gehen“ und sich einen Überblick über die Nano-Anwendun-gen zu 

verschaffen. 

� MEM-Modul, BKU, Teil 1 - Vorbereitungsauftrag (pdf) 

Zu Beginn der ersten Unterrichtslektion wird ein formativer Test über das gesammelte Wissen 

durchgeführt. Dieser kann in Einzel-, Partner- oder sogar Gruppenarbeit durchgeführt werden. 

Da es mit Sicherheit zu lange dauert, sämtliche 42 Fragen zu bearbeiten, muss eine Auswahl 

von Fragen getroffen werden. So könnten z.B. die einzelnen Gruppen unterschiedliche Fragen 

bearbeiten und anschliessend ihre Ergebnisse der Klasse präsentieren. 

Im Sinn einer Ergebnissicherung können am Ende dieser Sequenz die Lösungen der Fragen 

(letztes Blatt) abgegeben werden. 

� MEM-Modul, BKU, Teil 1 - Arbeitsblatt Nanorama-Loft (pdf) 

2. Einführung ins Thema 

Zwei Teile aus dem Grundlagen-Modul können dazu unverändert verwendet werden: 

� Grundlagen-Modul, Teil 1 - Wie klein ist „nano“? (ppt) 

� Grundlagen-Modul, Teil 2 - Definitionen (ppt) 


3. Veranschaulichung 


Mit einem Versuch soll gezeigt werden, wie sich die Reaktionsfreudigkeit von Materialien 

verändert, wenn bei gleicher Masse die Oberfläche vergrössert wird. 

� MEM-Modul, BKU, Teil 3 - Veranschaulichung (ppt) 

� MEM-Modul, BKU, Teil 3 - Veranschaulichung, Begleitinformation (pdf) 

� MEM-Modul, BKU, Teil 3 - Veranschaulichung, Handout (pdf) 

Die Lernenden rechnen dazu ein Beispiel durch, während die Lehrperson den Versuchsaufbau 

vorbereitet. 

� MEM-Modul, BKU, Teil 3 - Arbeitsblatt „Versuch mit Eisen“ (pdf) 

Einige Beispiele aus Natur und Technik sollen zeigen, wo das Prinzip der 

Oberflächenvergrösserung Anwendung findet. 

4. Nanomaterialien 

In diesem Teil sollen die sechs prominentesten Nanomaterialien vorgestellt und ihre 

Einsatzgebiete gezeigt werden. 

� MEM-Modul, BKU, Teil 4 - Nanomaterialien (ppt) 

� MEM-Modul, BKU, Teil 4 - Nanomaterialien, Begleitinformation (pdf) 

� MEM-Modul, BKU, Teil 4 - Nanomaterialien, Handout (pdf) 

5. MEM-spezifische Anwendungen 

Nachdem allgemeine Anwendungen vorgestellt wurden, sollen als Ergänzung Anwendungen 

gesucht werden, die aus dem MEM-Bereich oder aus MEM-nahen Fachgebieten stammen. 

Mit Hilfe des Arbeitsblattes (Teil 5) sollen die Lernenden in einer Gruppenarbeit Anwendungen 

suchen, welche sie sich auf Grund der bisherigen Kenntnisse in ihrem Arbeitsumfeld vorstellen 

können. Anschliessend können die einzelnen Gruppen ihre Ergebnisse präsentieren. 

Hinweis: Der Auftrag wurde bewusst so gestaltet, dass auch fantasievolle Vorschläge gemacht 

werden dürfen, welche in der Realität vielleicht nie so verwirklicht werden können. Bekanntlich 

hilft es manchmal, das Unmögliche denken, um das Mögliche zu erkennen. Nicht zuletzt darf 

bei einem solchen Auftrag auch ein Anteil Spass beteiligt sein. 

� MEM-Modul, BKU, Teil 5 - MEM-spezifische Anwendungen, 

Arbeitsblatt (pdf) 



Im Letzten Teil werden Anwendungen vorgestellt, wie sie in den MEM-Berufen vorkommen oder 

möglicherweise in Zukunft vorkommen werden. 

� MEM-Modul, BKU, Teil 5 - MEM-spezifische Anwendungen (ppt) 


Begleitinformation (pdf) 


Handout (pdf) 

6. Lernkontrolle 

Die Lernkontrolle ist als summativer Test ausgelegt und umfasst dementsprechend den 

gesamten BKU-Teil. Da das Modul in der Regel im unbewerteten Teil des Unterrichts 

Anwendung findet, kann die Lernkontrolle auch als Partnerarbeit durchgeführt werden. 

� MEM-Modul, BKU, Teil 6 - Lernkontrolle (pdf) 


ABU-Teil 


Nachdem im BKU-Teil unter anderem die technologischen Möglichkeiten aufgezeigt wurden, 

soll in diesem Teil untersucht werden, welche möglichen Risiken und Gefahren von der 

Nanotechnologie ausgehen könnten und wie die Gesellschaft und die zuständigen Behörden 

(Gesetzgeber) damit umgehen sollten. 

1. Vorbereitung 

Es ist wichtig, dass die Lernenden vorbereitet in den Unterricht kommen. Deshalb erhalten sie 

vorgängig einen entsprechenden Vorbereitungsauftrag. 

� MEM-Modul, ABU, Teil 1 - Vorbereitungsauftrag (pdf) 

2. Vermutete Gefahren 

Mit einer kurzen Gruppenarbeit kann das zuhause Erlernte reaktiviert werden. 

� MEM-Modul, ABU, Teil 2 - Vermutete Gefahren, Arbeitsblatt (pdf) 

In diesem Teil sollen die zuhause erworbenen Kenntnisse der Lernenden zum Thema „Risiken 

und Gefahren für Mensch und Umwelt“ vertieft werden. 

� MEM-Modul, ABU, Teil 2 - Vermutete Gefahren (ppt) 

� MEM-Modul, ABU, Teil 2 - Vermutete, Begleitinformation (pdf) 

� MEM-Modul, ABU, Teil 2 - Vermutete Gefahren, Handout (pdf) 

3. Nano im Recht 

Hier soll die Frage geklärt werden, ob die in der Schweiz bestehenden Gesetze und 

Verordnungen genügen, um die ArbeitnehmerInnen und KonsumentInnen aber auch unsere 

Umwelt vor den Risiken und Gefahren der Nanotechnologie wirksam zu schützen. 

� MEM-Modul, ABU, Teil 3 - Nano im Recht (ppt) 

� MEM-Modul, ABU, Teil 3 - Nano im Recht, Begleitinformation (pdf) 

� MEM-Modul, ABU, Teil 3 - Nano im Recht, Handout (pdf) 


4. Lernkontrolle 


Die Lernkontrolle ist, gleich wie im BKU-Teil, als summativer Test ausgelegt, welcher den 

gesamten ABU-Teil berücksichtigt. 

Der erste Teil besteht aus einem (erfundenen) Zeitungsartikel, in welchen 13 sachliche Fehler 

eingebaut wurden. Die meisten Fehler sind so offensichtlich, dass es möglich sein sollte, den 

Grossteil davon ohne Unterlagen zu finden. Sämtliche Tatsachen sind in den beiden Handouts 

vorhanden. Somit steht es der Lehrperson frei, nach Bedarf diese als Hilfsmittel zuzulassen. 

� MEM-Modul, ABU, Teil 4 - Lernkontrolle (pdf) 

5. Ergänzungsauftrag 

Der ergänzende Arbeitsauftrag stützt sich auf den Zeitungsartikel in der Lernkontrolle. Er eignet 

sich bestens, um daraus eine gesellschaftlich/sprachliche Aufgabe zu formulieren. 

Tendenziöse Zeitungsartikel finden sich oft in der Presse. Als Fachperson auf dem 

entsprechenden Gebiet ärgert man sich darüber, ungeachtet ob die sachlichen Unkorrektheiten 

absichtlich eingestreut wurden oder ob schlechte Recherchen daran schuld sind. 

Als Leser steht uns die Möglichkeit zur Verfügung, auf solche Artikel zu reagieren. Dies kann 

als direkter Brief an die zuständige Redaktion oder als Leserbrief, welcher in der Zeitung 

abgedruckt wird, geschehen. Hier ist ein Brief an die Redaktion zu schreiben. 

� MEM-Modul, ABU, Teil 5 - Ergänzungsauftrag (pdf) 


2. BKU-Teil 

2.1. BKU Teil 1 – Vorbereitungsauftrag 

Vorbereitungsauftrag BKU: „Nanorama-Loft“ 

Zeitaufwand: ca. 45 Minuten 


Auf der Webseite von Swiss Nano Cube werden in der Nanorama-Loft 42 Produkte aus dem 

täglichen Leben vorgestellt, welche Nanomaterialien enthalten oder mit Hilfe von 

Nanotechnologie hergestellt werden. 

Auf spielerische Weise können Sie die Produkte entdecken. Zu jedem Produkt wird eine Frage 

gestellt, für die bei richtiger Antwort ein Punkt auf ihrem Punktekonto gutschrieben wird. 

Auftrag 

„Wandeln“ Sie durch die Nanorama-Loft und sammeln Sie Punkte. Auf diese Weise werden Sie 

nebst bekannten Nano-Anwendungen mit Sicherheit auch Produkte kennenlernen, von denen 

Sie nie geglaubt hätten, dass sie etwas mit Nanotechnologie zu tun hätten. 

Viel Spass beim Rundgang! 

Link: http://www.swissnanocube.ch/nanorama/ 


2.2. BKU Teil 1 – Arbeitsblatt Nanorama-Loft 

1. Die Rahmen von 

Tennisschlägern können 

Kohlenstoff-Nanoröhrchen 

enthalten, weil … 

2. Fahrradrahmen werden 

neuerdings mit … 

3. Reifen: Welche Aussage 

ist falsch? 

Nanomaterialien … 

4. Bei Outdoor-Kleidung 

und Schuhen geht es vor 

allem darum, mit Hilfe der 

Nanotechnologie … 

5. Der Nano-Golfball soll … 

6. Der Tennisball mit 

Nanotechnologie ist … 

7. Badminton-Racket: 

Durch die Einlagerung von 


in den Schlägerrahmen … 

a) sie dadurch keine Kratzer mehr bekommen. 


b) sie dadurch von wütenden Spielern nicht mehr so schnell 

zertrümmert werden können. 

c) sie dadurch besonders stabil und trotzdem leicht sind. 

a) Aluminiumoxid-Nanopartikeln versetzt, damit die Rahmen 

schön glänzen. 

b) ultra-starken Kohlenstoff-Nanoröhrchen versetzt, was 

ihnen Leichtigkeit und Steifigkeit verleiht. 

c) Nanopartikeln versetzt, damit der Lack besser hält. 

a) werden schon seit Jahrzehnten in Reifen eingesetzt, um 

die Lebensdauer zu verlängern. 

b) werden in Reifen eingesetzt, um den Rollwiderstand zu 

reduzieren und um die Haftung zu verbessern. 

c) ermöglichen revolutionäre Gummimischungen, so dass 

kein Schlauch mehr nötig ist. 

a) eine komplett Luft- und wasserdichte Oberfläche zu 

erhalten. 

b) eine nanometerdünne Schicht auf den Materialien zu 

haben, um sie vor Kratzern zu schützen. 

c) eine Imprägnierung zu erreichen, die wasserdicht ist, aber 

den Wasserdampf von innen nach aussen passieren 

lässt. 

a) besser fliegen, weil kein Wasser vom feuchten Gras an 

ihm haften kann. 

b) nicht mehr dauernd im Sand oder im Teich landen. 

c) nach dem Golfturnier immer noch wie neu aussehen. 

a) luftdicht und verliert damit weniger Druck wenn er älter 

wird. 

b) leichter und verhindert dadurch die Entstehung eines 

Tennisarms (Entzündung am Ellenbogen). 

c) viel kleiner als ein herkömmlicher Ball und passt dadurch 

besser in die Hosentaschen. 

a) kann das Badminton-Racket von Rechts- und 

Linkshändern benutzt werden. 

b) kann das Badminton-Racket auch als Tennisschläger 

benutzt werden. 

c) kann eine höhere Stabilität bei geringerem Racket- 

Gewicht erreicht werden. 


8. Handys oder Laptops sind 

ohne Akkus kaum 

vorstellbar. Mit Hilfe der 

Nanotechnologie … 

9. Die wichtigsten 

Einzelbestandteile von 

Computerchips sind 

Transistoren. Weil diese 

nur noch wenige 

Nanometer klein 

sind, … 

10. Bildschirme können 

sogenannte 

Flüssigkristalle (Liquid 

Crystals) enthalten. 

Welche Aussage ist 

richtig? Die Flüssigkristalle 

… 

11. Brillenreiniger, die auf 

Nanotechnologie 

beruhen, ... 

12. Skibrillen, die mit Hilfe 

von Nanotechnologie 

hergestellt wurden, sind … 

13. Ferngläser, die durch 


verbessert werden, zeigen 

neue Eigenschaften. 

Welche sind dies? 

14. Welche Aussage ist 

falsch: Die 

Nanotechnologie macht 

Brillen- 

gläser … 

15. Streuwürze: Durch 

Nanopartikel in Gewürzen 

können … 


a) kann der Akku gleichzeitig auch die Funktion des Displays 

übernehmen. 

b) werden die Akkus stabiler und gehen auch bei einem 

Aufprall nicht kaputt. 

c) wird die Lebensdauer von Akkus deutlich erhöht und die 

Ladedauer sowie die Gefahr von Akku-Bränden 

verringert. 

a) kann ein Computer dreidimensionale Daten erzeugen. 

b) kann ein Computer sehr schnell Daten verarbeiten und 

speichern. 

c) kann ein Computer nicht nur mit 0 und 1 sondern auch mit 

2 rechnen. 

a) sind für die Farben eines Displays verantwortlich. 

b) sorgen dafür, dass der Bildschirm auch unter Wasser 

funktioniert. 

c) werden in den Bildschirm eingearbeitet, damit dieser 

stabiler wird. 

a) verbessern die Sehkraft beim Tragen der Brille. 

b) verhindern das Beschlagen und reduzieren die Staub- 

und Schmutzanziehung der Gläser. 

c) verdunkeln die Brille automatisch, wenn die Sonne sehr 

hell scheint. 

a) weniger anfällig auf Beschlag und kratzfester als 

konventionelle Brillen. 

b) auch für kurzsichtige Wintersportlerinnen und 

Wintersportler geeignet. 

c) wasserdicht und somit auch für den Tauchsport geeignet. 

a) Sie können auch als Nachtsichtgeräte eingesetzt werden. 

b) Sie bleiben länger sauber. 

c) Sie können auch von Kurz- oder Weitsichtigen benutzt 

werden. 

a) wasser- und ölabweisend. Dadurch sind sie leicht zu 

reinigen. 

b) bei gleicher optischer Korrektur dünner. Sie sehen 

dadurch schöner aus. 

c) kratzfester. Sie werden dadurch nicht unklar und „milchig“. 

a) Lebensmittel desinfiziert werden. 

b) neue Geschmacksnuancen hervorgehoben werden. 

c) diese nicht verklumpen. 


16. Ein Getränk in einer PET- 

Flasche … 

17. Auf Alu-Brat-Folien kann 

eine Nano-Komposit- 

Schicht aufgetragen 

werden, damit … 

18. Die Oberfläche von 

Pfannen kann durch 


verbessert werden. 

Welche Eigenschaften 

sind dabei wichtig? 

19. Welche Aussage ist 

richtig? Bügeleisen 

können mit … 

20. In Staubsaugern kann die 

Nanotechnologie dazu 

beitragen, dass … 

21. Autopolitur enthält … 

22. Glasversiegelung: 

Autoscheiben werden mit 

nanometerdünnen 

Schichten versiegelt, 

damit … 

23. Steinimprägnierung: 


falsch? 


a) sieht durch Nanotechnologie appetitlicher aus. 

b) bleibt durch Nanotechnologie länger frisch. 

c) kann durch Nanotechnologie in Regenbogenfarben 

leuchten. 

a) die Folie schöner glänzt und auch als Spiegelersatz 

benutzt werden kann. 

b) die Folie weniger Geräusche macht, wenn man sie 

zerknüllt. 

c) die Bratzeit verkürzt und Energie gespart werden kann. 

a) Antihaft-Effekt und Kratzresistenz. 

b) Antifhaft-Effekt und Bruchresistenz. 

c) Bruch- und Kratzresistenz. 

a) einer nanometerdünnen Glasschicht überzogen werden, 

damit sie leichter gleiten und kratzfest sind. 

b) einer nanometerdünnen Silberionen-Schicht überzogen 

werden, damit die gebügelte Wäsche keimfrei bleibt. 

c) Hilfe der Nanotechnologie viel effizienter Dampf 

erzeugen. 

a) sie nicht mehr so laut sind. 

b) sie automatisch ausschalten, wenn Haustiere oder 

Kleinkinder angesaugt werden. 

c) die Abluft besser riecht. 

a) Nano-Partikel, die das UV-Licht filtern, damit die 

Autofarbe nicht ausbleicht. 

b) Nano-Partikel, die die oberste Lackschicht abtragen und 

wieder glänzend machen. 

c) Kohlenstoff-Nanoröhrchen, damit der Lack kratzfest wird. 

a) Insekten weicher aufprallen und den Aufprall überleben. 

b) Regentropfen leichter abperlen und die Scheiben nicht so 

stark verschmutzen. 

c) die Farben der vorbeiziehenden Landschaften intensiver 

wirken. 

a) Die Imprägnierungsschicht ist wenige Nanometer dünn. 

b) Die imprägnierte Steinoberfläche funktioniert wie ein 

Lotusblatt. 

c) Die Imprägnierungsschicht hält unerwünschte Haustiere 

fern. 


24. Eine nanometerdünne 

Beschichtung des 

Tontopfes verhindert, 

dass … 

25. Schneeschaufel: Welche 

Aussage ist richtig? Durch 

eine Nanobeschichtung … 

26. Bohrmaschinen-Akku: In 

Zukunft könnten – mit 

Hilfe der Nanotechnologie 

– Akkus … 

27. Warum werden Socken 

aus Fasern hergestellt, die 

Silber-Nanopartikel 

enthalten? 

28. Durch Aufsprühen des 

Nano-Imprägnierungs- 

Sprays … 

29. In Schuheinlagen 

können … 

30. Jacke: Bei der Herstellung 

von Outdoor-Nano- 

Textilien wird ... 

31. Hose: Welche 

Eigenschaften besitzen 

nano-veredelte Outdoor- 

Kleider? 

a) die Topfpflanze Läuse bekommt. 

b) die Pflanzenerde austrocknet. 

c) der Topf Kalkflecken bekommt. 


a) wird der Schnee zum Schmelzen gebracht und räumt sich 

wie von selbst weg. 

b) werden die Schneekristalle direkt in Wasserdampf 

umgewandelt und der Schnee löst sich in Luft auf. 

c) kann der Schnee nicht an der Schaufel festkleben und 

rutscht leichter wieder herunter. 

a) aus Papier und Salzwasser bestehen. 

b) mehrere Jahrhunderte lang Energie liefern 

c) als Frucht eines Baumes gezüchtet werden. 

a) Die Socken werden dadurch feuerfest und sind für 

Feuerwehrmänner und -frauen unerlässlich. 

b) Die Socken erhalten dadurch eine antibakterielle Wirkung 

und stinken weniger. 

c) Die Socken werden dadurch stabiler und bekommen 

keine Löcher. 

a) wird das Gewebe geschmeidiger gemacht, womit sich der 

Tragekomfort erhöht. 

b) erhöht sich der Luftwiderstand und die Kleidung wird 

windundurchlässig. 

c) entsteht eine wasserabweisende Oberfläche und die 

Kleidung bleibt trocken. 

a) Nanopartikel aus Siliziumdioxid eingearbeitet werden, um 

die Entstehung von Hornhaut zu hemmen. 

b) Nanopartikel aus Silber eingearbeitet werden, damit kein 

unangenehmer Fussgeruch entsteht. 

c) Kohlenstoff-Nanoröhrchen eingearbeitet werden, damit 

die Fuss-, Knie- und Hüftgelenke weniger stark belastet 

werden. 

a) die Gewebeoberfläche mit einer Nano-Schicht veredelt. 

b) das Kleidungsstück mit Nanopartikeln bestrahlt. 

c) eine Faser verwendet, die aus einzelnen Kohlenstoff- 

Nanoröhrchen besteht. 

a) Sie ziehen Wasser an und wandeln es in Dampf um, 

damit es durch die Textilien von innen nach aussen 

gelangen kann. 

b) Sie stossen Wasser ab, lassen aber Wasserdampf 

passieren. 

c) Sie ziehen Wasser an, damit es allenfalls vorhandenen 

Schmutz von den Textilien waschen kann. 


32. Deos können Silber- 

Nanopartikel enthalten. 

Diese bewirken, dass … 

33. Schwangerschaftstest: 


richtig? Die Gold- 

Nanopartikel … 

34. Zahnpasta kann 

Kalziumphosphat- 

Nanopartikel enthalten, 

damit … 

35. Haarglätter: Die 

Oberflächen, die mit den 

Haaren in Kontakt 

kommen sind mit 

Nanosilber beschichtet, 

damit … 

36. Nano-Nagellack soll 

besonders 

widerstandsfähig sein. Der 

Grund dafür 

ist … 

37. Sonnencremes können 

Nanopartikel enthalten. 


richtig. 

38. Nanotechnologie in 

Skiern trägt dazu bei, 

dass … 

39. Waschbecken, 

Badewannen und 

Duschen … 


a) man überhaupt nicht mehr schwitzt und die Achselhöhlen 

damit selbstreinigend werden. 

b) das Bakterienwachstum, welches für die üblen Gerüche 

verantwortlich ist, gehemmt wird. 

c) weniger Achselhaare wachsen und damit die Hygiene 

erleichtert wird. 

a) kommen im Urin von Schwangeren vor. Sie werden vom 

Test aufgesogen und formen einen roten Strich. 

b) reagieren mit einem Schwangerschaftshormon, wodurch 

auf dem Test ein roter Strich entsteht. 

c) erkennen ein Schwangerschaftshormon und wandeln 

dieses bei Sonneneinstrahlung in einen roten Farbstoff 

um. 

a) die Zähne weniger schmerzempfindlich werden. 

b) die Zähne für eine gewisse Zeit selbstreinigend werden. 

c) kein Mundgeruch entsteht. 

a) sie antimikrobiell sind. 

b) sie nicht mit den Haaren verkleben. 

c) sie sich bei gefärbten Haaren nicht verfärben. 

a) die verbesserte Härte durch Siliziumdioxid-Nanopartikel. 

b) die verbesserte Löslichkeit. Der Lack lässt sich dadurch 

leichter auftragen. 

c) der Lack löst weniger Allergien aus als herkömmliche 

Lacke mit Farbpigmenten. 

a) Solche Sonnencremes sind transparent. 

b) Solche Sonnencremes haben nur geringe 

Sonnenschutzfaktoren (kleiner als 10). 

c) Solche Sonnencremes lassen sich mit Wasser leichter 

wieder abwaschen. 

a) bei einem Unfall der Ski an einer Sollbruchstelle bricht. 

b) die mechanischen Eigenschaften optimiert werden 

können. 

c) die Kälte des Schnees nicht mehr auf die Skischuhe und 

damit auf die Füsse des Skifahrers übertragen wird. 

a) riechen dank Nanotechnologie während Monaten nach 

Ihrem Lieblingsparfüm. 

b) können in Zukunft dank Nanotechnologie faltbar sein und 

darum platzsparend versorgt werden. 

c) lassen sich dank Nanotechnologie viel leichter putzen. 


40. Welchen Nano-Effekt 

nutzt man bei 

Zahnbürsten? 

41. Zahnpulver: Welche 

Aussage ist richtig? 

42. Wie stehen die Wörter 

„Nano“ und „Zwerg“ 

miteinander in 

Verbindung? 

a) Die Borsten enthalten Nano-Silber, um das 

Bakterienwachstum zu verringern. 


b) Die Borsten sind mit Nanopartikeln beschichtet, um die 

Zähne auf Höchstglanz zu polieren. 

c) Die Borsten der Zahnbürsten sind mit Nanoporen 

durchzogen, um besonders effektiv Schmutz zu 

beseitigen. 

a) Zahnpulver und Zahnpasten können weisse Kohlenstoff- 

Nanoröhrchen enthalten, um die Zähne zu bleichen. 

b) Zahnpulver wird aus Tierzähnen hergestellt, die mit Hilfe 

von Spezialmühlen zu Nano-Partikeln zermahlen werden. 

c) Zahnpulver und Zahnpasten können Peroxid-Nanopartikel 

enthalten, die dafür sorgen, dass die Zähne weisser 

werden. 

a) Sie sind weder verwandt noch verschwägert. 

b) „Nano“ kommt aus dem Rätoromanischen und bedeutet 

„Zwerg“. 

c) „Nano“ ist griechisch und bedeutet „Zwerg“. 


Lösungen: 

1. c 15. c 29. b 

2. b 16. b 30. a 

3. c 17. c 31. b 

4. c 18. a 32. b 

5. a 19. a 33. b 

6. a 20. c 34. a 

7. c 21. b 35. a 

8. c 22. b 36. a 

9. b 23. b 37. a 

10. a 24. c 38. b 

11. b 25. c 39. c 

12. a 26. a 40. a 

13. b 27. b 41. c 

14. b 28. c 42. c 



2.3. BKU-Teil 3 – Veranschaulichung (PP-Präsentation) 













2.4. BKU-Teil 3 – Veranschaulichung (Begleitinformation) 

Folie 1 

Neue Eigenschaften 


Die Reaktivität eines Stoffes (Element, Verbindung) kann erhöht werden, indem man ihn in 

Form von Nanopartikeln verwendet. Dies hat damit zu tun, dass kleinere Partikel eines 

Feststoffes eine grössere Oberfläche im Verhältnis zu ihrem Volumen besitzen. Eine grössere 

Oberfläche bedeutet, dass ein grösserer Anteil an Atomen mit der Umgebung in Kontakt kommt 

und mit ihr reagieren kann. Ein Gramm Nanopartikel einer bestimmten Substanz hat eine viel 

grössere Kontaktfläche zur jeweiligen Umgebung als ein Gramm Makropartikel der gleichen 

Substanz. Diesen Effekt macht man sich zum Beispiel bei der Herstellung von Katalysatoren 

zunutze, wo die Reaktionsfläche von entscheidender Bedeutung ist. 

Folie 2 

Verhältnis Oberfläche : Volumen 

Der abgebildete Würfel hat ein definiertes Volumen 

und die dazu gehörige Oberfläche. 

Zerteilt man den Würfel in 1000 kleine Würfelchen, so 

bleibt das Gesamtvolumen natürlich gleich, die 

Gesamtoberfläche nimmt aber deutlich zu. 

Die Lernenden erhalten den Auftrag, diese 

Oberflächenvergrösserung an einem Beispiel zu 

berechnen. (Arbeitsblatt „Versuch mit Eisen“) 

Lösungsweg: 

1. Oberfläche eines Eisenwürfels 


2. Oberfläche von Eisenpulver 

3. Oberflächenvergrösserung 


Obwohl wir uns in diesem Beispiel noch lange nicht im Nanobereich bewegen (angenommene 

Teilchengrösse 0.1 mm), erzielen wir bereits eine wesentliche Oberflächenvergrösserung. 

Wenn wir denselben Würfel in Eisenpulver mit einer angenommenen Kantenlänge der 

Pulverpartikel von 1 nm zerteilen, so beträgt der Vergrösserungsfaktor 10‘000‘000. 

Folien 3 bis 5 

Modellversuch 

In diesem Versuch soll veranschaulicht werden, dass sich ein Werkstoff lediglich durch seine 

vergrösserte Oberfläche in derselben Situation völlig anders verhält. 

Benötigtes Material: 

- 1 Bunsenbrenner 

- 1 Tiegelzange 

- 1 Schutzbrille 

- 1 Spatel oder Teelöffel 

- 1 Stück Eisen (muss nicht ein Würfel sein) 

- möglichst feines Eisenpulver 

Durchführung: 

Zuerst wird gezeigt, dass ein Stück Eisen in die Gasflamme gehalten werden kann, ohne dass 

es reagiert. Je nach Verweildauer und Stückgrösse des Eisens kann es rotglühend werden. 

Danach wird mit dem Spatel eine kleine Menge Eisenpulver in die Flamme gestreut. Das 

Eisenpulver verbrennt unter Funkensprühen. 



Auf den folgenden Folien sind einige Anwendungen aus Natur und Technik aufgeführt, bei 

welchen der Effekt der Oberflächenvergrösserung eine wichtige Rolle spielt. Es sind 

Anwendungen, die nicht im Nanobereich stattfinden. 

Folie 6 

Feuerwerk 

Wie im vorhergehenden Modellversuch gezeigt wurde, können Metalle in Pulverform verbrannt 

werden, auch wenn sie in grossen Stücken nicht brennbar sind. 

Die Basis für ein Feuerwerk ist in der Regel Schwarzpulver. Die Leuchteffekte und Farben 

werden durch die Beimischung weiterer chemischer Stoffe bewirkt. So benutzt man für einen 

roten Effekt Strontiumsalze, Calcium und Lithium. Für gelbe Effekte Natriumsalze, für grüne 

Bariumsalze, Tellur, Thallium und Zink. 

Blaue Effekte werden durch Zugabe von Kupfersalzen, Arsen, Blei und Selen, violette durch 

Cäsium und Kalium, purpurne durch Rubidium, weisse und silberne durch Magnesium, 

Aluminium, Titan, Zirkonium und schliesslich goldene durch Eisen- und Kohle-Zusätze bewirkt. 

Je heisser die Stoffe abbrennen desto intensiver die Farben und die Leuchtkraft. 

Folie 7 

Lunge 

Sauerstoff ist die Grundlage allen Lebens. Kaum ein Vorgang im Körper funktioniert ohne das 

Gas. Über die Atemwege nimmt ein Mensch täglich zwischen 10‘000 und 20‘000 Liter Luft auf – 

ein Fünftel davon ist Sauerstoff. Im Verlauf der Stoffwechselprozesse entsteht unentwegt 

Kohlendioxid (CO2) im Körper. Dieses Gas wird bei jedem Atemzug über die Lunge abgeatmet. 

Jeden Tag bewegt sich die menschliche Lunge etwa 20‘000 Mal. Ein Erwachsener atmet dabei 

pro Atemzug etwa einen halben Liter Luft ein und aus. Normal sind 12 bis 18 Atemzüge pro 

Minute. Bei schwerer körperlicher Arbeit oder Sport steigen aber die Atemfrequenz und das 

Atemzugvolumen deutlich an. 

Für den Gasaustausch bei jedem Atemzug steht nur sehr kurze Zeit zur Verfügung. Aus diesem 

Grund ist es nötig, dass die beteiligte Oberfläche sehr gross ist. Bei einem erwachsenen 

Menschen beträgt diese ca. 140 m 2 . Damit diese Oberfläche innerhalb der Lunge Platz findet, 

hat es ca. 600 Millionen winzige Lungenbläschen. 


Folie 8 

Abgaskatalysator 


In der Chemie gibt es zahlreiche Prozesse, bei denen Katalysatoren eine Rolle spielen. Je 

nachdem wo sie zum Einsatz kommen, können sie aus ganz unterschiedlichen Materialien 

bestehen. Ihre Aufgabe ist es, einen chemischen Prozess in Gang zu setzen oder zu 

beschleunigen. Katalysatorstoffe dienen also als "Vermittler". Sie werden aber bei diesem 

Ablauf nicht selbst verbraucht und gehen unverändert aus dem ganzen Prozess hervor. 

Im Auto ist der Katalysator eine Vorrichtung, die mit Hilfe bestimmter Stoffe, die Abgase der 

Fahrzeuge reinigen soll. Der Katalysator ist ein Teil der Auspuffanlage. Die schädlichen Abgase 

eines normalen Ottomotors sind Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide. 

Der so genannte geregelte Katalysator bewirkt, dass das schädliche Kohlenmonoxid in 

Kohlendioxid umgewandelt wird, dass sich Kohlenwasserstoffe in Kohlendioxid und 

Wasserdampf umwandeln und dass die Stickoxide zu Stickstoff werden. 

Ähnlich wie bei der Lunge steht auch hier nur eine sehr kurze Zeit zur Verfügung, in welcher die 

chemischen Reaktionen ablaufen müssen. Dazu wird eine grosse Reaktionsfläche benötigt. 

Die Katalysatorstoffe wie Platin, Palladium oder Rhodium sind auf einen wabenförmigen 

Keramikkörper aufgebracht. Durch den geringen Durchmesser und die grosse Anzahl 

Durchströmöffnungen erreicht man die grosse Oberfläche. 

Folie 9 

Staubexplosion 

Gemische aus Staub und Luft sind explosionsfähig, wenn der Staub aus brennbarem Material 

besteht, wie z. B. Kohle, Mehl, Holz, Kakao, Kaffee, Stärke oder Cellulose. Auch anorganische 

Stoffe und Elemente wie Magnesium, Aluminium und sogar Eisen und Stahl sind in dieser Form 

explosiv oder zumindest brennbar. Neben der Brennbarkeit (der Fähigkeit, mit dem 

Luftsauerstoff exotherm zu reagieren) ist die geringe Partikelgrösse der Stäube entscheidend, 

d.h. die explosiven Effekte steigen mit abnehmender Grösse. 

Durch den Prozess der Zerkleinerung entstehen sehr grosse Oberflächen, wodurch die 

Staubpartikel einerseits sehr schnell oxidieren und damit erhitzt werden und andererseits sehr 

gut Wärme aufnehmen und damit durchzünden können. Durch diese Effekte ist es möglich, 

dass auch Materialien, die in fester Form als nicht brennbar gelten, in dieser feinverteilten Form 

brennen können (wie vorhin beim Versuch mit dem Eisen gezeigt wurde). 

Als Zündquelle können verschiedene elektrische oder mechanische Effekte mit ausreichender 

Temperatur und Energiedichte dienen. Ein Funke kann ausreichen, der z.B. durch das Ziehen 

eines elektrischen Steckers oder Fehlfunktionen in Elektrogeräten entsteht. Aber auch im 

ordnungsgemässen Fall treten beim Betätigen von Schaltern und dergleichen unter gewissen 

Umständen energiereiche Funken auf. 


Folie 10 

Kraftstoffeinspritzung 


Die Aufgabe der Einspritzdüse liegt in der Zerstäubung und Verteilung des Kraftstoffes zur 

Erzielung des optimalen Gemisches im Verbrennungsraum. 

Bei Dieselmotoren wird der Kraftstoff mit bis zu 2500 bar eingespritzt. Dabei ist es sehr 

entscheidend, dass der Kraftstoff möglichst fein vernebelt wird. 

Auch hier steht für den Verbrennungsprozess nur sehr wenig Zeit zur Verfügung. Durch die 

feine Verteilung des Kraftstoffes wird wiederum eine sehr grosse Oberfläche erzeugt, die eine 

schnelle Verbrennung ermöglicht. 

Folie 11 

Lösungsvorgänge 

Beim Lösen von Feststoffen in Flüssigkeiten (hier am Beispiel Zucker in Wasser), kommt es auf 

die zur Verfügung stehende Oberfläche des Feststoffes an, wie lange der Lösungsvorgang 

dauert. 

Quellen: 

http://www.swissnanocube.ch/grundlagen-nano/effekte/ 

http://www.pyro-artikel.de/feuerwerk_herstellung.html 

http://www.netdoktor.de/Krankheiten/Anatomie/Lunge-Aufbau-und-Funktion-3512.html 

http://www.wasistwas.de/technik/eure-fragen/autos/link//8aab91cd97/article/wie-funktioniert-derkatalysator-in-einem-auto.html 

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

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


2.5. BKU-Teil 3 – Veranschaulichung (Handout) 

Neue Eigenschaften 

� Nanomaterialien zeigen „neue“ Eigenschaften. 

� Beispiel Aluminium: 

� Alu-Folie ist chemisch sehr stabil und darum wenig reaktionsfreudig. 

� Alu-Nanopartikel verbrennen dagegen explosionsartig und werden als 

Raketentreibstoff eingesetzt. 

Verhältnis Oberfläche : Volumen 


Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen eines Stoffes beeinflusst dessen Eigenschaften. 

Der folgende Modellversuch soll diese Tatsache beweisen. 

Alu-Nanopartikel 


Modellversuch 

Wir wissen alle aus eigener Erfahrung, dass 

sich ein massives Stück Eisen zwar erhitzen, 

nicht aber einfach so verbrennen lässt. 

Unsere Berechnungen haben ergeben, dass 

sich die Oberfläche des Eisenwürfels durch 

Zerkleinerung massiv vergrössern lässt. Damit 

ist die Reaktionsfläche im Verhältnis zur Masse 

viel grösser geworden. 

Lässt sich nun das Eisen verbrennen? 

Versuchsdurchführung 

Eisenpulver wird in eine offene Flamme gestreut. 

Ergebnis 

Tatsächlich ist es durch die grosse Oberfläche 

möglich geworden, das Eisen zu verbrennen. 



Anwendungen in Natur und Technik 

In Feuerwerkskörper aller Art werden die Farben durch das Verbrennen verschiedener 

Metallverbindungen hervorgerufen. 

Beispiele beteiligter Metalle: 

Strontium � rot 

Calcium � orange 

Natrium � gelb 

Barium � grün 

Kupfer � blau 

Die wirksame Oberfläche von 

Abgaskatalysatoren hat die Grösse von 

zwei Fussballfeldern, damit die 

Umwandlung der Schadstoffe innerhalb 

der kurzen Zeit, die zum Durchströmen 

zur Verfügung steht, vollzogen werden 

kann. 


Die Gesamtoberfläche unserer Lungen 

beträgt ungefähr 140 [m 2 ] (Fläche eines 

Tennis-Spielfeldes). Das ist nur möglich, 

dank dem sie aus ca. 500 Millionen Lungenbläschen 

(Alveolen) mit je einem 

Durchmesser von 

0.25 [mm] bestehen. 

Durch die grosse Oberfläche wird es erst 

möglich, dass der Gasaustausch in so kurzer 

Zeit stattfinden kann. 

In Schreinereien und Mühlen besteht die Gefahr von 

Staubexplosionen. Wenn in der Luft viel feiner Staub 

(Holzstaub, Mehl etc.) vorhanden ist, reicht oft ein 

Funke, um eine Explosion auszulösen. 


Damit sich der Kraftstoff in Dieselmotoren explosionsartig 

entzünden kann, muss er durch die Einspritzdüse möglichst fein 

zerstäubt werden. 

Kandiszucker braucht viel länger, um sich in Wasser aufzulösen, als dieselbe Menge 

Puderzucker. 



2.6. BKU-Teil 3 – Versuch mit Eisen (Arbeitsblatt) 

Versuch mit Eisen (Oberflächeneffekt) 

Sozialform: Einzelarbeit 

Zeitbudget: 10 Minuten 


Das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen eines Stoffes beeinflusst dessen Eigenschaften. 

Je kleiner die einzelnen Teilchen sind, desto oberflächenreicher und reaktiver werden sie. Das 

gilt z.B. für die Entzündbarkeit von Metallen. 

Arbeitsauftrag 

1. Oberfläche eines Eisenwürfels 

Berechnen Sie die das Volumen und die Oberfläche eines Eisenwürfels mit einer Kantenlänge 

von 10 mm: 

2. Oberfläche von Eisenpulver 

Berechnen Sie die Oberfläche desselben Eisenwürfels, wenn wir daraus Eisenpulver machen. 

Wir nehmen an, dass ein Korn dieses Pulvers würfelförmig ist und eine Kantenlänge von 0.1 

mm hat: 

3. Oberflächenvergrösserung 

Berechnen Sie, wievielmal grösser die Oberfläche des Eisenpulvers als diejenige eines 

Eisenwürfels mit demselben Volumen ist: 


2.7. BKU-Teil 4 – Nanomaterialien (PP-Präsentation) 



























2.8. BKU-Teil 4 – Nanomaterialien (Begleitinformation) 

Folie 1 

Was ist ein Nanomaterial? 


Im Zusammenhang mit Nanotechnologien trifft man auf viele verschiedene Begrifflichkeiten, 

deren Bedeutung nicht immer ganz eindeutig ist. 

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 natürlich auch zu den Nanomaterialien gezählt 

werden. 

Die internationale Organisation für Normung (ISO) hat einige Vorschläge zur Terminologie 

(Benennung) und Begriffsdefinition gemacht. Diese sind allerdings (noch) nicht allgemein 

anerkannt und verbindlich. 

Europäische Kommission definiert „Nanomaterial“ wie folgt: Materialien, deren 

Hauptbestandteile eine Grössendimension zwischen einem und 100 Milliardstel Meter 

aufweisen. 

Die Fullerene sind neben Diamant und Graphit eine weitere Modifikation des Kohlenstoffs. Es 

gibt Fullerene mit den Formeln C60, C70, C76, C78, C84 sowie etliche andere. Alle Fullerene 

haben Käfigstrukturen und sind aus Kohlenstoffatomen aufgebaut, die sich zu fünf- und 

sechsgliedrigen Ringen zusammenschliessen. 

Fullerene können durch Verdampfen von Graphit im elektrischen Lichtbogen hergestellt 

werden. Um zu vermeiden, dass der Kohlenstoff dabei verbrennt, wird der Versuch in einer 

Atmosphäre des inerten Edelgases Helium durchgeführt. Dieses kann die heissen 

Kohlenstoffmoleküle des Kohlenstoffdampfes durch Stösse abkühlen. Wird durch die beiden 

zentralen Kohlenstoff-Elektroden ein starker Strom von 50 A geleitet, so steigt die Temperatur 

im Lichtbogen auf etwa 3000 °C. Dadurch verdampft an der Elektrodenspitze Graphit in Form 

von Kohlenstoffatomen. In den kühleren Zonen des Reaktors lagern sich diese zu ketten- und 

ringförmigen Molekülen und schliesslich zu Fullerenen verschiedener Form und Grösse oder 

auch wieder zu Graphitpartikeln zusammen. Das so entstandene Gemisch verschiedener 

Kohlenstoffformen schlägt sich als Russ im Reaktor nieder. Nach Beendigung des Versuches 

wird der Reaktor geöffnet, und das Gemisch der verschiedenen Fullerene kann durch Extraktion 

mit einem organischen Lösungsmittel wie Toluol von den unlöslichen Graphitpartikeln 

abgetrennt werden. Aus dem Extrakt können die einzelnen "Kohlenstoff-Bälle" mit 

chromatographischen Verfahren isoliert werden. 

Fullerene sind sehr hitzebeständig, haben Halbleitereigenschaften und sind bei tiefen 

Temperaturen supraleitend. Bislang gibt es jedoch noch wenig konkrete Anwendungen für 

Fullerene. Die ungewöhnlichen Eigenschaften von C60 und den anderen Fullerenen lassen 

allerdings Hoffnungen und Spekulationen für interessante Anwendungsmöglichkeiten zu. Eine 

erste kommerzielle Anwendung der kuriosen Moleküle könnte in Photodetektoren sein, wie sie 

etwa bildgebende medizinische Röntgensysteme in der Medizin- und Sicherheitstechnik 

benötigen. 


Folie 2 

Häufig eingesetzte Materialien 


Am Beispiel von sechs häufig eingesetzten Nanomaterialien soll gezeigt werden, welche 

unterschiedlichen Wirkungen damit erzielt werden können: 

� Nanosilber 

� Russpartikel 

� Kohlenstoff-Nanoröhrchen 

� Titandioxid (TiO2) 

� Zinkoxid (ZnO) 

� Siliziumdioxid (SiO2) 

Eingefügt ist der Link auf die Webseite der „Wissensplattform Nanomaterialien“: 

http://www.nanopartikel.info/cms/Wissensbasis. Die Datenbank enthält Informationen zu 

Produkten und Anwendungen mit Nanomaterialien und ist sehr einladend, um anhand von 

konkreten Beispielen die Verwendung von Nanomaterialien in Konsumprodukten aufzuzeigen. 


Nanosilber 

Der antimikrobielle Effekt von Silber war bereits bei den Römern bekannt. Silberbesteck, 

Essenschalen etc. Der Effekt geht hauptsächlich auf Ag + Ionen zurück, welche mit Bakterien 

interagieren (hauptsächlich über die SH-Gruppen der S-haltigen Aminosäuren). 

Nanosilber ist keine neue Erfindung der Nanotechnologien, sondern bereits seit mehr als 100 

Jahren in verschiedenen Produkten im Einsatz. Schon damals wurde die antimikrobielle 

Wirkung winziger Silberteilchen genutzt, die als „kolloidales Silber“ bekannt waren. 

Medizinisch ist es interessant als Wundauflage, als Beschichtung und als Desinfektionsmittel. 

Im 18. Jahrhundert wurde vor allem Silbernitrat zur Wundversorgung eingesetzt und auch bei 

Augenentzündungen wurde darauf gesetzt. Auch für Brandwunden und bei 

Hauttransplantationen werden Präparate mit Silbersulfadiazin eingesetzt. 

Neben dem Einsatz in der Medizin, aber basierend auf der antibakteriellen Wirkung, kommt 

Silber vor allem in Nano- und Mikrometergrösse auch im Kosmetikbereich zum Einsatz. Silber 

wird zudem in Wasserfilterungs- und Wasseraufbereitungsanlagen sowie als 

Algenbekämpfungsmittel in Schwimmbecken verwendet. 

Die genannte Wirkung von Silberionen gegen Bakterien, Pilze und Algen erhöht sich, wenn die 

Silberpartikel möglichst klein sind, denn dann vergrössert sich die Oberfläche im Verhältnis zum 

Volumen stark und es können in wässriger Lösung mehr Ionen abgegeben werden. Bestimmte 

Bakterien interagieren vor allem mit Nanosilberpartikeln der Grösse 1 bis 10 nm. 

Im Wesentlichen geht es bei dem Einsatz von Nanosilber immer um seine Wirksamkeit gegen 

Bakterien und andere Organismen. Die umstrittenen Kolloide werden vor allem als 

„Nahrungsergänzungsmittel“ verwendet. Silber-Nanopartikel werden für die 

Wasseraufbereitung, auch in Kosmetika, Textilien (mit dem Vorreiter der Sport-Textilien, vor 

allem Socken), Haushaltgeräten und Küchenartikeln verwendet. Auch Farben und Lacke (z.B. 

für den Einsatz in Krankenhäusern, öffentlichen Gebäuden und Verkehrsmitteln) werden mit 

Nanosilber versetzt. Computer-tastaturen werden damit ebenso hergestellt wie Baby-Schnuller. 

Lebensmittelverpackungen, Frischhaltebeutel und Kunstdarm-Wursthüllen sollen Lebensmittel 



schützen. Weichspüler mit Nanosilber bringen das Zeug besonders nahe an empfindliche Haut, 

auch für Babywäsche und Unterwäsche wird es eingesetzt. 

Silber wird gerade wegen seiner toxischen Wirkung eingesetzt. Diese hat selbstverständlich 

nicht nur die gewünschte Wirkung. Die keimtötende Wirkung kann auch für Zellen höherer 

Organismen auch schädlich wirken und so wie auch die gewünschten Effekte im Nanobereich 

grösser sind, so sind auch grössere Risiken als mit normalem Silber zu befürchten. 

Es wird angenommen, dass inzwischen 15 Prozent des Silberanteils im Rhein aus 

Nanosilberanwendungen stammt. Ein grosser Teil des Nanosilbers, das mit Chloriden und 

Sulfiden Komplexverbindungen eingeht, gelangt in den Klärschlamm, von wo aus es auf die 

Anbauflächen gelangen kann. Dort kann es die mikrobiologische Basis angreifen. Es wurde 

festgestellt, dass vor allem die sehr kleinen Nanoteilchen am gefährlichsten sind (sie sind ja 

auch für die erwünschten Effekte die wirkungsvollsten). Andererseits kann das Nanosilber die 

Arbeit der wichtigen Bakterien in den Kläranlagen verhindern. 


Russpartikel 

Russ besteht aus kleinsten, meist kugelförmigen Teilchen, die auch Primärpartikel genannt 

werden. Diese haben meist eine Grösse von 10 - 300 nm und gehören deshalb klar zu den 

Nanoteilchen. Diese Primärpartikel sind zu kettenförmigen, teilweise klumpenartigen Gebilden 

zusammengewachsen. Durch Variation der Herstellbedingungen können sowohl die Grösse der 

Primärteilchen und deren Zusammenlagerung gezielt eingestellt werden. 

Russ ist ein wichtiges technisches Produkt (Industrieruss, englisch = carbon black), das durch 

unvollständige Verbrennung oder Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen in grossen Mengen 

hergestellt wird. 

Das wichtigste Herstellungsverfahren für Industrieruss ist der Furnace-Prozess. Bei diesem 

Verfahren wird in einer Brennkammer ein Heissgas von 1200 bis 1800 °C durch Erdgas- oder 

Ölverbrennung erzeugt. In dieses Heissgas wird dann ein Russrohstoff, meist aus Erdöl 

gewonnene Russ-Öle, eingebracht. Durch unvollkommene Verbrennung und thermische 

Spaltung (Pyrolyse) des Russrohstoffs wird dabei der Russ gebildet. Nach einer bestimmten 

Verweilzeit wird das Prozessgasgemisch durch Wasser schlagartig abgekühlt und der Russ in 

Filtern abgetrennt. 

Industrie-Russ wird zu über 90 Prozent als Füllstoff in der Gummiindustrie verwendet, so z.B. 

für Autoreifen und Förderbänder. Für Autoreifen gibt es ungefähr 40 verschiedene Russtypen, 

die dem Gummi jeweils spezifische Eigenschaften vermitteln. Durch die Nanostrukturierung wird 

im Herstellungsprozess angestrebt, die drei wichtigsten Kenngrössen von Autoreifen gezielt zu 

optimieren: Dieses sind Rollwiderstand, Nassrutschfestigkeit und Abrieb. 

Russ wird als Schwarz-Pigment für Druckfarben, Tusche, Lacke zur Einfärbung von 

Kunststoffen (insbesondere als UV-Schutz) genutzt. 

Farbrusse sind nanoteilige Russe, die durch ihre Feinheit zunehmend den braunen Grundton 

verlieren. Ihre Verwendung erfolgt insbesondere bei der Herstellung von schwarzen 

Druckfarben der unterschiedlichsten Druckverfahren. Da die gedruckten Schichten sehr dünn 

und teilweise transparent sind, ist eine besondere Russqualität erforderlich. 





Kohlenstoffnanoröhren, auch CNT (englisch = carbon nanotubes), sind mikroskopisch kleine 

röhrenförmige Gebilde (molekulare Nanoröhren) aus Kohlenstoff. 

Ihre Wände bestehen wie die der Fullerene nur aus Kohlenstoff, wobei die Kohlenstoffatome 

eine wabenartige Struktur mit Sechsecken und jeweils drei Bindungspartnern einnehmen. Der 

Durchmesser der Röhren liegt meist im Bereich von 1 bis 50 nm, es wurden aber auch Röhren 

mit nur 0,4 nm Durchmesser hergestellt. Längen von mehreren Millimetern für einzelne Röhren 

und bis zu 20 cm für Röhrenbündel wurden bereits erreicht. 

Man unterscheidet zwischen ein- und mehrwandigen, zwischen offenen oder geschlossenen 

Röhren (mit einem Deckel, der einen Ausschnitt aus einer Fullerenstruktur hat) und zwischen 

leeren und gefüllten Röhren (beispielsweise mit Silber, flüssigem Blei oder Edelgasen). 

Eigenschaften: 

Je nach Detail der Struktur ist die elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Röhre metallisch oder 

halbleitend; es sind auch Kohlenstoffröhren bekannt, die bei tiefen Temperaturen supraleitend 

sind. Transistoren und einfache Schaltungen wurden bereits mit den halbleitenden 

Kohlenstoffnanoröhren hergestellt. Die Forschung sucht nun nach Möglichkeiten, komplexe 

Schaltkreise aus verschiedenen Kohlenstoffnanoröhren gezielt herzustellen. 

Die mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhren sind überragend: Einwandige 

CNTs haben eine Dichte von 1,3 bis 1,4 g/cm³, mehrwandige CNTs von 1,8 g/cm³ und eine 

Zugfestigkeit von 30 GPa bei einwandiger und bis zu 63 GPa bei mehrwandiger Ausführung. 

Stahl hat eine Dichte von etwa 7,8 g/cm³ und eine maximale Zugfestigkeit von 2 GPa. Daraus 

ergibt sich für mehrwandige CNTs rechnerisch ein ca. 135-mal so gutes Verhältnis von 

Zugfestigkeit zu Dichte wie für Stahl. Der Elastizitätsmodul liegt bei bis zu 1 TPa. Stahl besitzt 

einen Elastizitätsmodul von 210 GPa, somit liegt der von CNTs ca. 5 Mal so hoch. Das gilt 

jedoch nur für relativ kleine Abschnitte von Kohlenstoffnanoröhren (wenige mm). 

Für die Elektronikindustrie sind vor allem die Strombelastbarkeit und die Wärmeleitfähigkeit 

interessant: Erstere beträgt schätzungsweise das 1000-fache der Belastbarkeit von 

Kupferdrähten, letztere ist bei Raumtemperatur mit 6000 W/m·K mehr als 2,5 Mal so hoch wie 

die von natürlichem Diamant mit 2190 W/m·K, dem besten natürlich vorkommenden 

Wärmeleiter. Da CNTs auch Halbleiter sein können, lassen sich aus ihnen Transistoren fertigen, 

die höhere Spannungen und Temperaturen als Siliziumtransistoren aushalten. Erste 

experimentelle, funktionsfähige Transistoren aus CNTs wurden bereits hergestellt. 

Herstellung: 

Die Verfahren zur Herstellung von CNTs, die derzeit am häufigsten eingesetzt werden, sind 

Lichtbogenentladung, Laserverdampfung und chemische Gasphasenabscheidung. 

Bei der Herstellung durch Lichtbogenentladung wird unter Heliumatmosphäre ein Lichtbogen 

zwischen zwei Graphitelektroden erzeugt. Dabei entstehen CNTs, die sich mit dem Russ an der 

Kathode ablagern. Dabei müssen die Prozessparameter so eingestellt werden, dass möglichst 

viele CNTs derselben Grösse entstehen. Das Wachstum der CNTs kann durch Hinzufügen 

eines metallischen Katalysators verstärkt werden. 

Das zweite Verfahren zur Herstellung von CNTs ist die Laserverdampfung von Kohlenstoff aus 

einem Graphitblock heraus. Dazu wird ein Laserstrahl auf den Graphitblock gerichtet. Die 

herausgelösten Kohlenstoffpartikel werden mit Argon zu einer wassergekühlten Kupferelektrode 

transportiert, an der die CNTs wachsen. 

Ein weiteres Herstellungsverfahren, stellt die chemische Gasphasenabscheidung dar. Dabei 

werden Nickelpartikel mit einem Durchmesser von etwa 30 nm auf ein Trägermaterial gegeben. 

Darüber wird Kohlenstoff verteilt, der sich durch Erhitzung oberhalb von 1000 °C in Röhren 

anordnet, die Abmessungen im Nanometerbereich haben. 

Anwendungen: 



Die Kombination der aussergewöhnlichen Eigenschaften ermöglicht die Entwicklung für ganz 

neue Anwendungsfelder: 

� Aktuator (künstlicher Muskel) 

� Verstärkung für Verbundwerkstoffe (CNT Nanocomposites) 

� Füllstoff für elektrisch leitenden Kunststoff (Blitzschlag- und elektrostatischer 

Aufladungsschutz) 

� Elektronische Nanokomponenten (Dioden, Transistoren etc.) 

� Wasserstoffspeicher für Brennstoffzellen 

� Batterien mit erhöhter Lebensdauer 

� Sensoren für giftige Gase 



Titandioxid (TiO2) 


Titandioxid ist mittlerweile zu einem alltäglichen Begleiter in unserem Leben geworden. Man 

findet es in Konsumgütern wie z.B. Kosmetika, in Farben und Lacken, in Textilien, Papier und 

Kunststoffen, in Lebensmitteln und Medikamenten. 

Dies hat es vor allem seiner Vielseitigkeit in Grösse und Gestalt zu verdanken. Mal kommt es 

als mikroskaliges Pigment zum Einsatz, mal als Nanoobjekt. 

Nanoskaliges Titandioxid, das für spezifische Anwendungen hergestellt wird, ist etwa um den 

Faktor 100 feinteiliger als die Pigmentform und weist andere physikalische Eigenschaften auf. 

Im Gegensatz zur pigmentären Form wird nanoskaliges Titandioxid nicht in Lebensmitteln 

eingesetzt. Derzeit wird es vor allem als Wirkstoff in Sonnencremes mit hohem 

Lichtschutzfaktor, Textilfasern oder Holzschutzmitteln genutzt. Verglichen mit den lange in 

Sonnencremes eingesetzten Titanoxid-Mikropartikeln, die klebrige und alles andere als einfach 

und angenehm auf die Haut aufzubringende Pasten ergaben und zudem einen deutlichen 

weissen Film auf der Haut hinterliessen, ist nanoskaliges Titandioxid transparent und lässt sich 

wesentlich leichter auftragen. Die Schutzwirkung gegen gefährliche UV-Strahlung ist zudem bei 

Nanopartikeln wesentlich besser; hohe Lichtschutzfaktoren können derzeit nur durch den 

Einsatz solcher Nanopartikel erreicht werden. 

Aufgrund des hydrophilen Charakters von Titandioxid bildet Wasser auf derartigen Oberflächen 

einen geschlossenen Film, welcher Schmutz und Abbauprodukte leicht abtransportieren kann. 

TiO2-Partikel, eingebracht in Fassadenfarben oder Kacheln, führen somit zu selbstreinigenden, 

schmutzabbauenden Oberflächen. Die hydrophilen Eigenschaften des nanoskaligen 

Titandioxids werden zudem bei sog. „Anti-Fog“-Beschichtungen ausgenutzt. Der ultradünne 

Wasserfilm auf einer Glasscheibe, die mit einer transparenten Schicht von nanoskaligem TiO2 

beschichtet wurde, verhindert die Bildung von Wassertröpfchen und folglich auch das 

Beschlagen. 

Ein weiteres mögliches Anwendungsgebiet von nanoskaligem Titandioxid liegt im Gebiet der 

Farbstoffsolarzellen (Grätzel-Zellen). Eine Grätzel-Zelle, die auch als Farbstoffsolarzelle 

bezeichnet wird, wird vor allem zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie 

verwendet. Dabei handelt es sich um eine Anwendungsform, die aus der Bionik stammt. Ihren 

Namen erhielt die Grätzel-Zelle in Anlehnung an ihren Entdecker, den Schweizer Michael 

Grätzel. Dieser entwickelte das Element am Anfang der 90er Jahre und liess das Ergebnis 

bereits 1992 patentieren. Das Funktionsprinzip der elektrochemischen Farbstoff-Solarzelle 

beruht auf einem neuartigen Verfahren, das im Gegensatz zu seinen Vorgängern zur 

Absorption von Licht kein Halbleitermaterial sondern organische Farbstoffe verwendet. Hier 

kommt beispielsweise der Blattfarbstoff Chlorophyll zur Anwendung. Möglicherweise könnte die 

Farbstoffsolarzelle in den folgenden Jahren sogar die herkömmlichen Zellen aus dem 

Halbleitermaterial Silizium ablösen und somit eine neue Ära der Solartechnik einleiten. 



Siliziumdioxid (SiO2) 


Siliziumdioxid ist ein sehr harter, gegen chemischen Angriff und Verwitterung beständiger Stoff. 

In Wasser und Säuren sind die kristalline wie auch die amorphe Form des SiO2 nahezu 

unlöslich. 

Nano-SiO2 findet zudem wachsende Anwendung bei der Herstellung von Autoreifen. Wird dem 

Reifen neben Industrieruss (carbon black) auch amorphes SiO2 als Füllstoff zugemischt, 

verringert sich der Rollwiderstand des Reifens und der Spritverbrauch sinkt um bis zu fünf 

Prozent. Es profitiert nicht nur der Geldbeutel, sondern auch die Umwelt durch die verringerte 

Menge an ausgestossenem CO2. 

Amorphes Siliziumdioxid wird seit über vier Jahrzehnten als Lebensmittelzusatzstoff mit der 

Kennzeichnung E551 eingesetzt. Es kann bestimmten pulverförmigen Lebensmitteln, wie z.B. 

Kochsalz, Würzmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln und Trockenlebensmitteln zugesetzt 

werden, um ein Verklumpen zu verhindern. Darüber hinaus ist es als Trägerstoff von 

Emulgatoren, Farbstoffen und Aromen zugelassen. Gemäss der EG-Öko-Verordnung ist ein 

SiO2-Zusatz auch bei Bio-Lebensmitteln erlaubt. Der menschliche Organismus kann 

Siliziumdioxid weder aufnehmen noch verwerten, es wird unverändert ausgeschieden. 

Hochdisperses (nanoskaliges), amorphes SiO2 ist auch in verschiedenen Erzeugnissen der 

Pharmaindustrie, wie z.B. Tabletten, Zäpfchen, Gels und Cremes, enthalten. Die Eigenschaften 

der zugelassenen Zusätze sind im Europäischen Arzneibuch festgeschrieben. 

Weitere Anwendungsfelder amorpher Siliciumdioxid-Nanopartikel: Die Textilindustrie, wo sie 

verwandt werden, um Baumwolle wasserabweisend auszustatten. In der Elektronikindustrie 

werden sie als Schleifmittel eingesetzt. 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. 


Zinkoxid (ZnO) 

Nanoskaliges Zinkoxid ist im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums transparent und wirkt als 

physikalischer Filter gegen UV-B- und insbesondere UV-A Strahlen der Sonne. Die UV-Strahlen 

werden dabei absorbiert und wie von kleinen Spiegeln reflektiert. Das macht den Einsatz von 

Zinkoxid als physikalischen UV-Filter in Sonnenschutzmitteln interessant. Physikalische UV- 

Filter werden vor allem in Sonnenschutzmitteln mit Lichtschutzfaktoren über 25 eingesetzt. Sie 

sind auch für die empfindliche Haut von Kindern und Allergikern geeignet, im Gegensatz zu 

chemischen UV-Filtern die teilweise Sensibilisierungen auslösen können. Chemische UV-Filter 

absorbieren die UV-Strahlung oder wandeln sie in Wärme um. 

Die Grösse der ZnO-Partikel, die für Sonnenschutzmittel verwandt werden, liegt zwischen 20 

bis 60 nm. Die sehr kleinen ZnO-Nanopartikel werden jedoch vor der Zugabe zu den 

Sonnenschutzmitteln zusätzlich mit Silicium- oder Aluminiumoxid beschichtet. Sie ballen sich 

anschliessend zu Verbünden einer Grösse von 200…500 nm zusammen. Untersuchungen der 

Industrie sowie unabhängige Studien, die im Rahmen des EU-Projektes Nanoderm 

durchgeführt wurden, zeigten, dass diese Partikel aus Sonnenschutzprodukten nicht durch die 

gesunde Haut in den Körper gelangen und somit keine gesundheitlichen Risiken für den 

Verbraucher bestehen. 

Da Zinkoxid-Nanopartikel sowohl UV-A / UV-B-Schutz und Transparenz aufweisen und wie 

oben beschrieben eine antibakterielle Wirkung besitzen, wird es auch in Textilien, in Klarlacken 

im Holz- und Möbelbereich und darüber hinaus in transparenten Kunststoffen und 

Kunststofffilmen (Kunststoffgläser) eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine hohe 

Transparenz (> 90 Prozent Transmission) im sichtbaren Spektralbereich und durch eine UV- 



Undurchlässigkeit (< 10 Prozent Transmission) für Wellenlängen unterhalb von 360 nm aus. Bei 

der Herstellung von Solarzellen führt eine 

1 Nanometer dünne Zinkoxidbeschichtung dazu, dass deren Wirkungsgrad gesteigert werden 

kann. 

Quellen: 

http://www.swissnanocube.ch/grundlagen-nano/nanomaterialien/ 

http://www.chab.ethz.ch/publicrelations/publikationen/molmix/mm01/mm01-fullerene.pdf 

http://www.empa.ch/plugin/template/empa/*/103001 

http://philosophenstuebchen.wordpress.com/2010/08/28/nanosilber/ 

http://www.chemie.de/lexikon/Ru%C3%9F.html 

http://wapedia.mobi/de/Ru%C3%9Fpartikel 

http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffnanor%C3%B6hren 

http://www.dlr.de/fa/Portaldata/17/Resources/dokumente/publikationen/2003/13_monner.pdf 

http://www.nanopartikel.info/cms/lang/de/Wissensbasis/Titandioxid 

http://www.solaranlage.org/begriffe/graetzel-zelle 

http://www.nanopartikel.info/cms/lang/de/Wissensbasis/siliciumdioxid 

http://www.nanopartikel.info/cms/lang/de/Wissensbasis/Zinkoxid 


2.9. BKU-Teil 4 – Nanomaterialien (Handout) 

Nanomaterialien 

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. 

Bild: Kugelförmiges Molekül aus 60 Kohlenstoffatomen mit 

ungefähr 1 nm Durchmesser (Fulleren). 

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) 

� Zinkoxid (ZnO) 

� Siliziumdioxid (SiO2) 

Bild: Link auf Datenbank 

für Nanopartikel. 

www.nanopartikel.info 


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. 


In Socken und Unterwäsche hilft Nanosilber gegen 

üblen Geruch. 

Auf Computertastaturen und Türklinken etc. soll Nanosilber die krankheitserregenden Keime 

bekämpfen. 


Russpartikel 

Russpartikel (carbon black) werden für industrielle 

Anwendungen gezielt hergestellt. 

Für Autoreifen gibt es ungefähr 40 

verschiedene Russtypen, die dem 

Gummi jeweils spezifische 

Eigenschaften vermitteln. Sie 

optimieren z.B. den Rollwiderstand 

oder den Abrieb. 


Russpartikel dienen auch als schwarzes Pigment in Farben und 

Lacken. 



Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon Nanotubes, 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. 

Nanoröhrchen können ein- oder 

mehrwandig sein (single wall 

nanotube SWNT bzw. multiple 

wall nanotube MWNT) 

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 Hightech-Sportgeräten 

(Fahrradrahmen, Tennisschläger). 

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. 



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. 


Die beiden Bilder verdeutlichen den Unterschied zweier Oberflächen. Oben ohne, unten mit 

TiO2 : 

Wassertropfen und Schmutz haften an der glatten Oberfläche. 

Schmutz wird durch Wasser nur verlagert. 

Wassertropfen ziehen sich aufgrund der Oberflächen-spannung 

zusammen. Sie laufen ab und nehmen Schmutzpartikel mit. 


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. 

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. 


Beschichtete Brillengläser verschmutzen weniger 

und lassen das Wasser abperlen. 


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. 


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. 

SiO2-Partikel werden seit Jahrzenten als 

Lebensmittelzusatzstoff (E551) eingesetzt, um das 

Verklumpen von Pulvern (Salz, Streuwürze, etc.) zu 

verhindern. 


Zinkoxid (ZnO) 

ZnO-Nanopartikel absorbieren die UV-Strahlung der Sonne 

sehr effizient. Sie werden deshalb beispielsweise in 

Sonnencremes mit hohen Lichtschutzfaktoren eingesetzt. 

Bei der Herstellung von Solarzellen führt eine 1 

Nanometer dünne Zinkoxidbeschichtung dazu, dass deren 

Wirkungsgrad gesteigert werden kann. 


ZnO ist ein direkter Halbleiter und wird als 

durchsichtige leitende Schicht in 

Leuchtdioden (LEDs) oder in 

Flüssigkristallbildschirmen verwendet. 



2.10. BKU-Teil 5 – MEM-spezifische Anwendungen (PP-Präsentation) 















2.11. BKU-Teil 5 – MEM-spezifischen Anwendungen (Begleitinformation) 

Folie 1 

Gas- und Dampfturbinen 

Im Bereich der Energieumwandlung bieten sich Innovationspotenziale in erster Linie 

durch Verbesserung der Umwandlungseffizienz beispielsweise bei der Erzeugung von 

Strom durch Turbinen. 

Optimierungspotenziale gibt es insbesondere bei kohlebefeuerten Kraftwerken, die 

weltweit einen hohen Anteil an der Stromerzeugung haben. Weltweit haben die in 

Betrieb befindlichen Steinkohlekraftwerke nur einen Wirkungsgrad von im Mittel ca. 30 

Prozent, während neue Anlagen Wirkungsgrade von mehr als 45 Prozent aufweisen. 

Gasturbinen-Kraftwerke erreichen schon heute Wirkungsgrade von annähernd 60 

Prozent. 

Optimierungen durch eine weitere Anhebung des Kraftwerkswirkungsgrades erfordern 

bei grundsätzlicher Beibehaltung des Kraftwerksprozesses höhere 

Arbeitstemperaturen. Hierfür müssen neue Werkstoffe mit extremer Hitzebeständigkeit 

beispielsweise auf Basis von Nanomaterialien entwickelt werden, Verbesserungen 

lassen sich u.a. durch optimierte thermische Barriere-Schichten für Turbinenwerkstoffe 

erzielen. Ein Entwicklungsziel für die nächsten 10 Jahre liegt darin, die zulässigen 

Heissgastemperaturen in Gasturbinen auf über 1600 °C anzuheben und damit den 

Wirkungsgrad des Kraftwerkes auf deutlich über 60 Prozent zu steigern. 

Folie 2 

Elektrische Energiespeicher 

Das wichtigste Anwendungsfeld elektrischer Energiespeicher ist die Versorgung 

mobiler Elektronikgeräte und zukünftig auch immer häufiger von Hybrid- und 

Elekrofahrzeugen. 

Hier sind elektrochemische Speicher (Batterien, Akkus, Superkondensatoren) 

vorteilhaft, die im Vergleich zu anderen Stromspeichern höhere Wirkungsgrade, 

Energie- und Leistungsdichten besitzen. Bezüglich der Anforderungen an elektrische 

Energiespeicher in den verschiedenen Anwendungen gilt es eine Vielzahl von Kriterien 

zu optimieren, wie u.a. Energie- und Leistungsdichte, Lebensdauer, Ansprechzeit, 

Betriebstemperaturbereich, Sicherheit und Wirkungsgrad. 

Viele dieser Leistungsmerkmale lassen sich durch den Einsatz von Nanotechnologien 

optimieren. Ein Beispiel sind Lithium-Ionen-Batterien, die aufgrund einer 

herausragenden Energie- und Leistungsdichte als eine der zukunftsträchtigsten 

Varianten der Stromspeicherung gelten. 

Einsatzpotenziale bieten sich für Elektrofahrzeuge aber auch als Stromspeicher in 

Windfarmen, um für einen Ausgleich zwischen der schwankenden Stromerzeugung 

und der Stromnachfrage zu sorgen. 


Folie 3 

Solarzellen 


Der Einsatz der Nanotechnologien gilt als ein Schlüsselfaktor, um der Photovoltaik 

durch erhebliche Kosteneinsparungen und Effizienzgewinne auf Basis neuer 

Materialien und Solarzellentypen sowie einfacherer Produktionsprozesse zum breiten 

wirtschaftlichen Durchbruch zu verhelfen. Durch Nanostrukturen lassen sich die 

Bandlücken der Halbleiter optimal auf das eintreffende Strahlenspektrum anpassen 

oder auch mehrere Ladungsträger pro Photon freisetzen, um so die 

Umwandlungseffizienzen zu verbessern. 

Dies betrifft auch eine verbesserte Lichteinkopplung, z.B. durch Vermeidung von 

Reflexionsverlusten an der Frontabdeckung durch nanostrukturierte Antireflex- 

Schichten oder auch durch Hoch- oder Herunter-Konvertierung von Lichtwellenlängen 

durch spezielle Nanostrukturen, die eine bessere Ausnutzung des eingestrahlten 

Lichtspektrums ermöglichen könnten. 

Weiterhin werden neue Materialkombinationen wie polymere Halbleiter nutzbar 

gemacht, die zwar eine geringe Umwandlungseffizienz aufweisen, dafür aber durch 

kostengünstige Massenherstellungsverfahren in Zukunft wesentlich wirtschaftlicher 

hergestellt werden könnten. Durch den Einsatz von nanotechnologischer 

Prozesstechnik, wie beispielsweise plasmagestützte Verfahren und das Design von 

Oberflächen und Schichtstrukturen auf der Nanoebene, lassen sich Zellaufbau und 

Wirkungsgrade bei allen Solarzelltypen optimieren. 

Folie 4 

Windgeneratoren 

Die in den letzten Jahren zu beobachtende Tendenz zu immer grösseren und 

leistungsfähigeren Windgeneratoren führt zu wachsenden Herausforderungen 

hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit von Materialien und Komponenten. Durch 

den Einsatz von Nanotechnologien könnten hier wesentliche Lösungsbeiträge erzielt 

werden, beispielsweise bei der Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren (CNT) 

basierten Kompositmaterialien für leichte und hochfeste Rotorblätter. Durch Verfahren 

der Nanostrukturierung könnten der Natur entlehnte biometrische Effekte genutzt 

werden, die der Entstehung von Luftwirbeln bei Rotorblättern entgegenwirken und 

dadurch den Geräuschpegel von Windrädern reduzieren und den Energieeintrag 

optimieren. 

Auch zum Schutz vor Schäden durch Blitzeinschlag, die für über 10 Prozent der 

Betriebsausfälle von Windgeneratoren verantwortlich sind, könnten CNT-Komposite 

beitragen. Diese besitzen nicht nur aussichtsreiche mechanische Eigenschaften, 

sondern bieten auch eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit. Im Bereich 

polymerer Komposite reicht bereits ein CNT-Gehalt von ca. 1 Prozent aus, um ein 

durchgängiges Netzwerk aus Kohlenstoffnanoröhren zu generieren, das eine hohe 

elektrische Leitfähigkeit des Polymerkomposits gewährleistet. 



Die Länge der Rotorblätter von Windkraftanlagen wird durch ihr Gewicht begrenzt. Mit 

neuen Composite-Materialien, lassen sich neuerdings Rotorblätter herstellen, die um 

10 bis 30 Prozent leichter und zugleich deutlich stabiler sind als reine Epoxid-Systeme. 

Die stärkere Belastbarkeit zeigt sich beispielsweise in einer um 20 bis 30 Prozent 

höheren Schlagzähigkeit und in den Ermüdungseigenschaften, die um 50 bis 200 

Prozent verbessert sind. Durch das exzellente mechanische Eigenschaftsprofil und das 

geringere Gewicht der neuen Composite-Werkstoffe können die Rotorblätter länger 

ausgelegt werden, was die Leistung der Windkraftanlagen spürbar steigert. 

Folie 5 

Intelligente Stromnetze – Smart Grids 

Die weltweit zunehmende Liberalisierung der Strommärkte wird die Anforderungen an 

die Flexibilität der Stromnetze zukünftig spürbar erhöhen. Ein transeuropäischer 

Stromhandel erfordert eine effiziente Energieverteilung auch über grosse Distanzen, 

eine flexible Anpassung an temporär stark schwankende Bedarfe sowie eine schnelle 

Regelbarkeit des Lastflusses, um das Ausmass von Netzstörungen und das Risiko 

grossflächiger Blackouts einzuschränken. 

Auch in Bezug auf die wachsende dezentrale Stromeinspeisung aus fluktuierenden 

regenerativen Stromquellen stösst das bestehende Stromverteilernetz zunehmend auf 

Grenzen. Für die zukünftige Stromverteilung sind Stromnetze erforderlich, die ein 

dynamisches Last- und Fehlermanagement sowie eine bedarfsgesteuerte Energieversorgung 

mit flexiblen Preismechanismen ermöglichen. Nanotechnologien 

könnten wesentliche Beiträge zur Realisierung dieser Vision liefern, beispielsweise 

durch nanosensorische und leistungselektronische Komponenten, die die äusserst 

komplexe Steuerung und Überwachung derartiger Stromnetze bewältigen können. Hier 

bieten miniaturisierte, magnetoresistive Sensoren auf Basis magnetischer 

Nanoschichten Potenziale, um eine flächendeckende Online-Messung von Strom- und 

Spannungskennwerten im Stromnetz zu ermöglichen. 

Folie 6 

Thermische Isolierung 

Der Energiebedarf für Heiz- und Kühlzwecke in industriellen Bereichen wie bei privaten 

Verbrauchern hat einen erheblichen Anteil am weltweiten Gesamtenergieverbrauch. 

Grosse Einsparungspotenziale ergeben sich hier bei der energetischen Sanierung von 

Altbauten. Aber auch die Isolation in technischen Prozessen, z.B. beim Transport 

flüssiger Gase, ist von erheblicher Bedeutung. 

Nanoporöse Materialien bieten aufgrund einer Porengrösse in der Grössenordnung der 

mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle Potenziale für hocheffiziente Dämmmaterialien. 

Beispiele für derartige Materialien sind Aerogele, die zu 99 Prozent aus 

Porenvolumen in einem Netzwerk von Nanopartikeln beispielsweise aus Siliziumdioxid 

bestehen und daher extrem leicht sind. 



Entwicklungspotenzial besitzen zudem nanoporöse Polymerschäume, deren 

Herstellung derzeit noch nicht wirtschaftlich gelingt. Bei diesen nanozellulären 

Schaumstoffen soll die Grösse der Zellen soweit verringert werden, dass sie der 

mittleren, freien Weglänge eines Gasmoleküls entspricht. Dadurch käme ein 

Wärmeaustausch, der eine Folge von Zusammenstössen von Gasmolekülen ist, fast 

vollkommen zum Erliegen. Die resultierenden Schaumstoffe hätten 

Wärmedämmeigenschaften, die denen von Vakuumplatten ähneln, ohne dass ein 

Vakuum anzulegen ist. Auf diese Weise könnte die Dämmwirkung eines Schaumstoffs 

um mehr als 50 % verbessert oder die benötigte Materialdicke für eine gegebene 

Dämmleistung um mehr als die Hälfte reduziert werden. 

Folie 7 

Kraftstoffeinsparung bei Verbrennungsmotoren 

Der Kraftstoffverbrauch wird bei modernen Motoren zu etwa 10 bis 15 Prozent von der 

Motorreibung bestimmt. Verantwortlich hierfür sind Reibungsverluste an den bewegten 

mechanischen Bauteilen der Motoren. Dies sind neben der Kolbengruppe, bestehend 

aus Zylinderwandung und Kolben, die Elemente des Kurbeltriebes (Kurbelwelle, Pleuel 

und Lagerung) sowie die Ventiltriebsgruppe mit Nockenwelle und Ventilen. Die 

Kolbengruppenreibung verursacht dabei den grössten Anteil der mechanischen 

Reibungsverluste. Nanotechnologien können dabei helfen, durch Verminderung der 

Reibung Kraftstoffeinsparpotenziale zu realisieren. 

Nanokristalline Beschichtungswerkstoffe, aufgetragen auf die Zylinderwand, verringern 

Reibung und Verschleiss und damit den Kraftstoffverbrauch. Die Zylinderlaufbahnen 

des Aluminium-Kurbelgehäuses werden direkt mit Nanowerkstoffen beschichtet. 

Dadurch konnten die bisher notwendigen Laufbuchsen eingespart werden. 

Beschichtungswerkstoffe mit eingelagerten Nanokristallen in der Grösse von 60 bis 

130 nm auf der Basis von Eisencarbid und Eisenborid führen zu extrem harten und 

gleichzeitig reibungsarmen Oberflächen. 

Folie 8 

Hochfeste Stähle 

Beispiele in den Bereichen Stahlkarosserien, dünne Dosenverpackungen und stabile 

Brückenkonstruktionen zeigen, wie in der Stahlindustrie durch die Weiterentwicklung 

von Legierungen relevante Materealeinsparungen möglich sind. Durch die gezielte 

Einstellung des Gefüges kann Stahl in weiten Bereichen den jeweiligen Anforderungen 

angepasst werden. So erlauben Stähle mit nanoskaligem Gefüge die Reduktion der 

eingesetzten Materialmengen für die jeweils benötigten Zielfestigkeiten einer 

Anwendung. 

Nutzbare Nanostrukturen werden bei Stahlwerkstoffen meist nicht durch Zugabe von 

Nanopartikeln, sondern durch spezielle Prozessführungen bei der Stahlverarbeitung 

erzeugt. 


Folie 9 

Stahlumformung 


Durch nanoskalige semipermanente Schutzschichten können Umformprozesse bei der 

Herstellung von Stahlteilen effektiver gestaltet werden. 

In diesem Fall verhindert eine nanoskalige Schutzschicht die Ausbildung einer 

unerwünschten Zunderschicht bei der Hochtemperaturbehandlung von Stahlblechen, 

die für die Ausbildung des gewünschten Gefüges benötigt wird. 

Materialeffizienzpotenziale ergeben sich mit der reduzierten Verschmutzung und dem 

geringeren Verschleiss aufgrund geringer Reibung zwischen Werkzeug und Werkstoff 

und besserem Korrosionsschutz. 

Folie 10 

Schneidenwerkstoffe 

In den letzten Jahren ist besonders in der Automobil- und Luftfahrtindustrie der 

Verbrauch von Aluminiumwerkstoffen stark angestiegen. Der Werkzeughersteller ist an 

dieser Stelle gefordert, neue Lösungskonzepte für die Bearbeitung dieser Werkstoffe 

anzubieten. Bei der Bearbeitung von Aluminiumwerkstoffen hat der Anwender mit den 

unterschiedlichsten Herausforderungen zu kämpfen – je nachdem ob unter- oder 

übereutektische Legierungen zerspant werden, muss man entweder mit 

Aufbauschneidenbildung oder mit extremem Verschleiss zurechtkommen. 

Mit konventionellen Schichtwerkstoffen wie TiN oder TiCN ist es nicht möglich, der 

Bildung eines Materialaufbaus im Schneidenbereich wirksam zu begegnen. Und auch 

im Bereich der hoch Si-haltigen Al-Legierungen können diese Schichten keinen 

ausreichenden Schutz vor Verschleiss bieten. 

Als Lösung für die geschilderte Problematik kommen nur nanokristalline, glatte 

Diamantschichten in Frage. Der Diamant weist von allen in der Natur vorkommenden 

Werkstoffen die höchste Härte auf. Er ist chemisch inert und reagiert nicht mit dem zu 

bearbeitenden Material Aluminium. 

Es gibt nicht eine Diamantschicht für alle Anwendungen, sondern je nach Anforderung 

wird die optimale Kombination aus Hartmetall, Präparation, Schichtmorphologie, 

Schichtstruktur und Schichtdicke zusammengestellt. 


Folie 11 

Nano-Elektronik 


Die Herstellung und Nutzung üblicher Halbleiter aus Silizium-Atomen bereiten 

zunehmend Probleme. Bei der Herstellung werden Halbleiterstrukturen mit Lithografie 

auf die Wafer übertragen. Um kleinere Schaltkreise herzustellen wird mit immer 

kürzeren und schwerer beherrschbaren Wellenlängen gearbeitet. Damit steigt mit jeder 

neuen Halbleiter-Generation der Investitionsaufwand. Ausserdem stellt die 

Wärmeentwicklung der immer dichter gepackten Schaltkreise ein weiteres zentrales 

Problem dar. 

Kohlenstoff-Nanoröhrchen eignen sich, um Silizium in Halbleiterbauelementen zu 

ersetzen. Das ist spätestens dann der Fall, wenn die Halbleiterstrukturen nicht weiter 

verkleinert werden können. 

Die Kohlenstoff-Nadeln sind ein Material mit vielseitigen Eigenschaften. Legt man ein 

elektrisches Feld an zwei benachbarte Nanotubes, verbiegen sie sich und kleben 

aneinander, bis ein Spannungsimpuls sie wieder trennt. Diese Eigenschaft entspricht 

einem elektromagnetischen Schalter, der vielleicht als nichtflüchtige Speicherzelle 

verwendbar ist. Nanotubes können p- und n-dotiert sein. Auf diese Weise lassen sich 

pn-Übergänge herstellen. 

In Zukunft werden Drähte und Röhren aus Nanostrukturen zur Stromleitung und zur 

Datenspeicherung genutzt. Nanotubes ermöglichen eine um bis zu drei 

Grössenordnungen grössere Stromdichte als vergleichbar kleinere Kupferdrähte. 

Folie 12 

Nanoroboter 

Im Jahre 1959 hielt der amerikanische Physiker Richard Feynman seinen Vortrag 

„There's plenty of room at the bottom“, der ihn bis heute berühmt machte. Ausgehend 

vom damaligen Stand der Technik gab er einen Überblick über die durch physikalische 

Gesetze vorgegebenen Grenzen aber auch Möglichkeiten der Miniaturisierung. Was 

damals abwegig erschien ist heute ein anerkanntes Ziel geworden. Eine 

vielversprechende Forschungsrichtung der Nanotechnologie ist der Bereich der 

Nanoroboter. Winzige Maschinen die nützlich in allen erdenklichen Bereichen (vor 

allem der Medizin) sein könnten, ist die Vision. 

„Medizinische Nanoroboter könnten Viren und Krebszellen zerstören, beschädigte 

Strukturen reparieren, angesammelte Abfälle aus dem Gehirn entfernen und dem 

Körper wieder jugendliche Gesundheit bescheren.“ [Spektrum der Wissenschaft, 

Spezial, 2/2001]. 

Der Nutzen in der Medizintechnik liegt auf der Hand. Teilchen und Maschinen im 

Nanomassstab durch den menschlichen Körper an ein bestimmtes Ziel zu steuern, um 

dort eine programmierte Aufgabe zu erfüllen oder einen bestimmten Stoff freizusetzen, 

ist eine logische Konsequenz für die Anwendung von Nanorobotern. 


Quellen: 

http://www.hessen-nanotech.de/mm/NanoEnergie_web.pdf 

http://www.hessen-nanotech.de/mm/NanoAuto_final_Internet.pdf 

http://www.hessen-nanotech.de/mm/Materialeffizienz_durch_Nanotechnologie_und_neue_Materialien.pdf 

http://www.industrie.de/industrie/live/index2.php?menu=1&submenu=3&object_id=2301488 

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0902071.htm 

http://www.dusseiller.ch/mis_wiki/index.php?title=Nanoroboter,_Utopie_oder_Realit%C3%A4t 



2.12. BKU-Teil 5 – MEM-spezifischen Anwendungen (Handout) 

Gas- und Dampfturbinen 

Wenn bei Gasturbinen die zulässigen 

Heissgastemperaturen auf über 1600 °C 

gesteigert werden können, so lässt sich 

der Wirkungsgrad von Kraftwerken von 

45 Prozent auf deutlich über 60 Prozent 

steigern. 

Nanowerkstoffe können mithelfen, dieses 

Ziel zu erreichen. 

Elektrische Energiespeicher 

Solarzellen 

Nicht nur reflexfreie Oberflächen verbessern den 

Wirkungsgrad. Auch durch das Design von 

Oberflächen und Schichtstrukturen auf der 

Nanoebene, lässt sich der Zellaufbau bei allen 

Solarzelltypen optimieren. 

Batterien und Akkus können durch den Einsatz von 

Nanotechnologie verbessert werden. 


Wirkungsgrade sowie Energie- und Leistungsdichte lassen 

sich so optimieren. 


Windkraftwerke 

Die Verwendung von Kompositmaterialien mit 

Kohlenstoffnanoröhren (CNT) führen zu leichten und 

hochfesten Rotorblättern. 

Durch Verfahren der Nanostrukturierung könnten der 

Natur entlehnte Effekte genutzt werden, die der 

Entstehung von Luftwirbeln bei Rotorblättern 

entgegenwirken und dadurch den Geräuschpegel von 

Windrädern reduzieren und den Energieeintrag 

optimieren. 

Intelligente Stromnetze 


Für die zukünftige Stromverteilung sind Stromnetze 

erforderlich, die ein dynamisches Last- und 

Fehlermanagement sowie eine bedarfsgesteuerte 

Energieversorgung mit flexiblen Preismechanismen 

ermöglichen. Nanotechnologien könnten wesentliche 

Beiträge zur Realisierung dieser Vision liefern, 

beispielsweise durch nano-sensorische und leistungselektronische 

Komponenten, die die äusserst 

komplexe Steuerung und Überwachung derartiger 

Stromnetze bewältigen können. 


Thermische Isolierung 

Nanoporöse Materialien bieten aufgrund 

ihrer Porengrösse Potenziale für 

hocheffiziente Dämmmaterialien. 

Solche Schaumstoffe hätten derart gute 

Wärmedämmeigenschaften, dass die 

benötigte Dämmstoffdicke bei gegebener 

Dämmleistung um mehr als die Hälfte 

reduziert werden könnte. 

Bild: Nanoporöser Polymerschaum 

Kraftstoffeinsparung 

Der Kraftstoffverbrauch wird bei 

modernen Motoren zu etwa 10…15 

Prozent von der Motorreibung bestimmt. 

Nanokristalline Beschichtungswerkstoffe, 

aufgetragen auf die Zylinderwand, 

verringern Reibung und Verschleiss und 

damit den Kraftstoffverbrauch. 

Hochfeste Stähle 


Dank hochfesten Stählen mit nanoskaligem 

Gefüge können Konstruktionen 

graziler und leichter gebaut werden. 

Dadurch erreicht man natürlich auch 

eine wesentliche Materialeinsparung. 


Stahlumformung 

Durch nanoskalige semipermanente 

Schutzschichten können Umformprozesse 

bei der Herstellung von Stahlteilen 

effektiver gestaltet werden. 

Schneidenwerkstoffe 

Werkzeuge zur Bearbeitung von 

speziellen Aluminiumlegierungen 

werden mit nanokristallinen, glatten 

Diamantschichten überzogen. 

Dadurch kann der 

Aufbauschneidenbildung erfolgreich 

entgegen gewirkt werden. 

Nano-Elektronik 


Die Elektronikbauteile werden immer kleiner. 

Kohlenstoffnanoröhrchen ersetzen herkömmliche 

Silizium-Halbleiter. 


Nanoroboter 

Medizinische Nanoroboter könnten Viren und 

Krebszellen zerstören, beschädigte 

Strukturen reparieren, angesammelte Abfälle 

aus dem Gehirn entfernen und dem Körper 

wieder jugendliche Gesundheit bescheren. 

Diese Produkte sind heute noch Science 

Fiction. Ob dafür jemals solche Nano- 

Differenzialgetriebe eingesetzt werden, bleibt 

fraglich. 



2.13. BKU-Teil 5 – MEM-spezifischen Anwendungen (Arbeitsblatt) 

Arbeitsauftrag MEM-Anwendungen 

Sozialform: 3er- oder 4er-Gruppen 


Ausgangslage 


Sie haben in der bisherigen Lektion gelernt, welche möglichen Wirkungen mit Nanomaterialien 

erzielt werden können. 

In dieser Sequenz diskutieren Sie in der Gruppe, welche konkreten Anwendungen Sie sich in 

Ihrem Berufsumfeld vorstellen können. Es ist erlaubt und auch erwünscht, dass Sie Ihrer 

Fantasie freien Lauf lassen und auch Anwendungen notieren, die vielleicht nicht wirklich 

realisierbar sind. 

Auftrag 

Fassen Sie Ihre Ideen auf einem Flipchart-Papier zusammen, damit Sie die Ergebnisse 

anschliessend der Klasse präsentieren können. 

Viel Spass und viel Erfolg! 

Quelle: http://www.cartoonstock.com/directory/f/flipchart.asp 


2.14. BKU-Teil 6 – Lernkontrolle 

Sozialform: Einzel- oder Partnerarbeit (gemäss Vorgabe der Lehrperson) 


1. Der Nano-Golfball soll … 

nicht mehr dauernd im Sand oder im Teich landen. 

besser fliegen, weil kein Wasser vom feuchten Gras an ihm haften kann. 

nach dem Golfturnier immer noch wie neu aussehen. 


2. Die wichtigsten Einzelbestandteile von Computerchips sind Transistoren. Weil diese nur 

noch wenige Nanometer klein sind, … 

kann ein Computer dreidimensionale Daten erzeugen. 

kann ein Computer sehr schnell Daten verarbeiten und speichern. 

kann ein Computer nicht nur mit 0 und 1 sondern auch mit 2 rechnen. 

3. Ferngläser, die durch Nanotechnologie verbessert werden, zeigen neue Eigenschaften. 

Welche sind dies? 

Sie können auch als Nachtsichtgeräte eingesetzt werden. 

Sie bleiben länger sauber. 

Sie können auch von Kurz- oder Weitsichtigen benutzt werden. 

4. Steinimprägnierung: Welche Aussage ist falsch? 

Die Imprägnierungsschicht ist wenige Nanometer dünn. 

Die imprägnierte Steinoberfläche funktioniert wie ein Lotusblatt. 

Die Imprägnierungsschicht hält unerwünschte Haustiere fern. 

5. Haarglätter: Die Oberflächen, die mit den Haaren in Kontakt kommen sind mit Nanosilber 

beschichtet, damit … 


sie antimikrobiell sind. 

sie nicht mit den Haaren verkleben. 

sie sich bei gefärbten Haaren nicht verfärben. 


6. Nanotechnologien sind die Wissenschaften "des Kleinen". Die Vorsilbe "nano" stammt aus 

dem Griechischen. Was heisst denn „nano“ auf Deutsch? 

7. Wie viele Nanometer (1 nm) hat ein Meter? Antwort bitte mit Zehnerpotenzen angeben. 

1 m = __________ nm 

8. Die Nano-Dimension kann mit der Bildung von Grössenverhältnissen dargestellt werden. 

Ergänzen Sie folgende Verhältnisgleichung: 

Verhältnis ____________ / ____________ = Verhältnis ____________ : Fulleren 

9. Die Nanotechnologie verbindet drei klassische 

Gebiete miteinander. 

Welches Gebiet fehlt in der Darstellung? 

10. Begründen Sie, weshalb ein Material „neue“ Eigenschaften aufweist, sobald es in 

Nanogrösse vorliegt. 

11. Im Kapitel „Nanomaterialien“ haben Sie sechs häufig verwendete Materialien kennen 

gelernt. Wählen Sie drei davon aus und nennen Sie mögliche Anwendungen. 


Nanomaterial Anwendungen 


12. Im Kapitel „MEM-spezifische Anwendungen“ wurden zwölf Beispiele aus unserem 

Berufsfeld erläutert. Wählen Sie drei davon aus und erläutern Sie, inwiefern sich die 

verwendeten Nanomaterialien verbessernd auswirken. 

Anwendungsbeispiel Verbesserte Wirkung durch das Nanomaterial 


3. ABU-Teil 

3.1. ABU-Teil 1 – Vorbereitungsauftrag 

Vorbereitungsauftrag ABU: 

„Vermutete Gefahren der Nanotechnologie“ 

Zeitaufwand: ca. 60 Minuten 


Sie haben sich im berufskundlichen Unterricht zum Thema Nanotechnologie mit den 

technologischen Gegebenheiten vertraut gemacht. Dabei wurden einerseits wissenschaftliche 

Grundlagen und Definitionen und andererseits technische Anwendungen in verschiedensten 

Produkten vermittelt. 

In der kommenden Unterrichtssequenz wollen wir den Fokus auf die Aspekte Mensch und 

Umwelt lenken. Dazu müssen wir als erstes die möglichen Gefahren, welche von der 

Nanotechnologie ausgehen können, kennen lernen. 

Damit wir im Unterricht effizient arbeiten können ist es unabdingbar, dass Sie sich vorgängig mit 

dem Thema etwas vertraut machen. 

Auftrag 1: 

Im SF VIDEOPORTAL finden Sie einen Film zum Thema „Nano in Produkten: Mögliche 

Gefahren“. Der Film wurde in der Sendung „Kassensturz“ im Frühjahr 2011 ausgestrahlt. 

Schauen Sie sich den ca. neunminütigen Film aufmerksam an. 

Link zum Film: http://www.videoportal.sf.tv/video?id=7203fbc0-23fc-471a-a733f2eb930fbf02;DCSext.zugang=videoportal_aehnlichevideos 


Auftrag 2: 


Bitte besuchen Sie folgende Webseiten und informieren Sie sich noch etwas eingehender über 

die Problematik der Gefahren, welche von der Nanotechnologie ausgehen können: 

Thema Mensch: Thema Umwelt: 

http://www.swissnanocube.ch/sicherheitrisiko/risiko-forschung/mensch-und-nano/ 

Auftrag 3: 

http://www.swissnanocube.ch/sicherheitrisiko/risiko-forschung/nano-in-der-umwelt/ 

Erstellen Sie auf einem A4-Blatt ein Mindmap zum Thema „Vermutete Gefahren“. Darin sollen 

die beiden Aspekte, Mensch und Umwelt vorkommen. 

Quelle: http://www.cartoonstock.com/directory/f/flipchart.asp 


3.2. ABU-Teil 2 – Vermutete Gefahren (PP-Präsentation) 

















3.3. ABU-Teil 2 – Vermutete Gefahren (Begleitinformation) 

Folie 1 

Mögliche Gefahren 


Kurzfilm „Mögliche Gefahren“ (Kassensturz, SF, 2011) 

Im ca. neunminütigen Film werden nebst einiger Nanoanwendungen auch potentielle Gefahren 

aufgezeigt. So sind beispielsweise Nanoröhrchen in Autoreifen, welche durch den Abrieb beim 

Fahren in die Umwelt freigesetzt werden, laut Experten sehr bedenklich. 

Zusammenfassung (Quelle: SF): 

Nanopartikel sind ein paar millionstel Millimeter klein. Die Eigenschaften von künstlich 

hergestellten Nanopartikeln unterscheiden sich grundsätzlich von denjenigen grösserer 

Partikel gleicher Art. Für Nanopartikel gelten eigene Gesetzmässigkeiten. 

Die Schweizer Bevölkerung kümmert die neue Technologie wenig. Peter Gehr, emeritierter 

Professor der Universität Bern erklärt: „Bei den Nanopartikeln kennt man die Risiken noch nicht 

genau. Da atmen wir vielleicht künstliche Nanopartikel ein und die können in der Lunge durch 

das Gewebe ins Blut gelangen. Mit diesem werden sie im Körper verteilt. Sie können sehr leicht 

in Zellen eindringen und allenfalls auch in den Kern. Das ist etwas, was wir nicht unter Kontrolle 

haben.“ 

Stoffe haben neue physikalische Eigenschaften 

Nanopartikel revolutionieren viele Anwendungen von der Industrie bis zur Medizin. Dank 

Nanopartikeln auf der Oberfläche weisen Textilien Schmutz ab. Oder sie werden schon gar 

nicht mehr nass. Im Computer dienen Nanoröhrchen als ultraschnelle und verlustfreie Leiter für 

Prozessoren. 

In Solarzellen erhöhen Nanokügelchen den Wirkungsgrad massiv. Glas hält plötzlich hohes 

Gewicht aus. In Glasflaschen war der Inhalt bisher besser haltbar als in Plastikflaschen. Nun 

machen Nanopartikel das Pet so dicht wie Glas. Ketchup kommt geschmeidiger aus der 

Flasche. Siliciumdioxid-Partikel verhindern, dass Pulver verklumpt. Nanoteilchen könnten 

helfen, dass Produkte länger frisch bleiben. In der Sonnencreme ersetzen Nanopartikel 

chemische UV-Filter. 

Barbara Rothen-Rutishauser, Professorin am Adolphe Merkle Institut der Universität Fribourg 

und Leiterin einer Forschungsgruppe Pneumologie am Inselspital Bern untersucht die Risiken 

von Nanopartikeln beim Menschen. Sie beschwichtigt vorerst: „Gemäss den heutigen 

Erkenntnissen kann man sagen, dass Nanopartikel, die in Produkten gebunden sind und mit 

dem Menschen in Kontakt komme, kein Risiko darstellen. Ein Beispiel ist Sonnencreme.“ 

Sonnencreme gilt heute als unbedenklich, weil dort die Nanopartikel in gebundener Form 

vorkommen, und über gesunde Haut nicht in den Körper gelangen. Ob man Lebensmittel mit 

Nanopartikeln bedenkenlos essen kann ist noch nicht erforscht. 

Nano-Gummi wirkt wie Asbest 

Allerdings gelangen immer mehr ungebundene Nano-Partikel in die Umwelt. In Korea wurden 

Reifen mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen entwickelt. Sie machen den Pneu widerstandsfähiger. 

Diese Reifen reiben sich aber trotzdem ab. Gummi verwittert, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 

nicht. Sie lagern sich in der Umwelt ab. So gelangen Nano-Röhrchen in die Luft und setzen sich 

entlang von Strassen in der Umwelt ab. Solche Reifen könnten vielleicht bald auch auf 

Schweizer Strassen verkehren. 

Professor Peter Gehr bedenkt: „Damit würden wir durch den Gummiabrieb ständig 

Nanoröhrchen in der Umgebung deponieren. Und zwar in grosser Menge. Und da muss ich 

sagen, das würde mir Sorgen bereiten. Wenn die dann durch Wind, Fahrtwind und 



Witterungsaufwirblungen in der Luft sind können sie eingeatmet werden. Und das ist garantiert 

nicht gut.“ 

Solche Nanopartikel können über die Lungen ins Blut gelangen und damit in andere Orgene, 

auch ins Gehirn transportiert werden. Sie können auch in Zellen eindringen. Barbara Rothen- 

Rutishauser konnte sie mit dem Laserrastermikroskop nachweisen. „Je nach Form der 

Nanoröhrchen konnte man zeigen, dass sie Sauerstoffradikale in der Zelle produzieren, was zu 

Entzündungsreaktion führen kann. Es sind momentan sehr viele Studien im Gang in der 

Schweiz und international, die versuchen, die langfristigen Effekte dieser 

Kohlenstoffnanoröhrchen auf den menschlichen Körper zu evaluieren“. 

Link zum Film: http://www.videoportal.sf.tv/video?id=7203fbc0-23fc-471a-a733f2eb930fbf02;DCSext.zugang=videoportal_aehnlichevideos 

Folie 2 

Nanotoxikologie 

Die Toxikologie ist die Lehre der schädlichen Wirkungen chemischer Stoffe auf Lebewesen und 

die Umwelt. Noch präziser abgegrenzt, beschäftigt sich die Humantoxikologie mit den 

Wirkungen von Stoffen auf den Menschen und die Ökotoxikologie bezeichnet die Lehre, die 

sich mit der Wirkung von Stoffen auf die (belebte) Umwelt befasst. 

Die Toxizität eines chemischen Stoffes lässt sich über die sogenannte Dosis-Wirkungs- 

Beziehung beschreiben. Am Zusammenhang zwischen Dosis und Wirkung können wir ablesen, 

ab welcher Dosis überhaupt Effekte auftreten oder welche Dosis tödlich ist. Dieser 

Zusammenhang ist nicht immer trivial: Die doppelte Dosis bewirkt nicht zwingend einen doppelt 

so grossen Effekt! 

Wenn sich die Toxikologie speziell auf Nanomaterialien bezieht, dann sprechen wir von der 

Nano-Toxikologie. Sie beschäftigt sich mit der Toxikologie sowie der medizinischen und 

ökologischen Relevanz von Nanomaterialien. 

Folie 3 

Auf die Dosis kommt es an 

"Alle Ding' sind Gift und nichts ist ohn' Gift; allein die Dosis macht, dass ein Ding' kein Gift ist." 

Aussage von Theophrastus Bombastus von Hohenheim, genannt Paracelsus (1493–1541), Arzt 

aus Einsiedeln. 

Was bereits im 16. Jahrhundert bekannt war, hat bis heute an Gültigkeit nichts eingebüsst. Im 

Grunde sagt uns Paracelsus, dass bei der Frage nach der Giftigkeit (Toxizität) eines Stoffes 

immer die aufgenommene Menge (Dosis) des betreffenden Stoffes entscheidend ist. Manche 

Stoffe wirken in geringer Dosis günstig auf den Körper, sind aber in grösserer Dosis gefährlich. 

Am Beispiel von Kochsalz (Natriumchlorid) können wir das gut illustrieren: Der Mensch muss 

täglich Natriumchlorid aufnehmen, da das Natrium eine wichtige Funktion bei der Regulierung 

des Wasserhaushalts im Körper übernimmt und der Salzverlust aufgrund des Schwitzens 

ersetzt werden muss. Bereits die Aufnahme von einigen Gramm Kochsalz pro Kilogramm 

Körpergewicht kann hingegen tödlich sein. Daher stimmt hier: Auf die Dosis kommt es an! 


Folie 4 bis 7 

Aufnahmewege 


Beeindruckend und bedenklich zugleich ist die Fähigkeit von Nanopartikeln, in Regionen des 

Körpers vorzustossen, wo körperfremde Stoffe durch spezielle Barrieren oder 

Schutzmechanismen ferngehalten werden sollen. Eine solche Barriere ist die Blut-Hirn- 

Schranke. Für die konnte gezeigt werden, dass bestimmte Nanopartikel sie überwinden 

können. Was einerseits eine grosse Chance für die Medizin ist, wirft zugleich auch Fragen 

bezüglich unerwünschter unvorhergesehener Auswirkungen von Nanopartikeln auf. 

Damit Nanopartikel im Körper eine Wirkung entfalten können, müssen sie in genügender Zahl 

an die entsprechende Stelle im Körper gelangen. Mehrere Aufnahmewege für Nanopartikel in 

den Körper stehen dabei im Fokus: Über die Lunge, über die Haut und über den Magen-Darm- 

Trakt. Ebenfalls untersucht wird die Aufnahme über den Riechnerv ins Gehirn. 

Die Datenlage bezüglich der verschiedenen Aufnahmewege ist sehr unterschiedlich. 

Insbesondere die Aufnahme von Nanopartikeln über den Magen-Darm-Trakt wurde erst wenig 

untersucht und liefert kein klares Bild. 

Lunge 

Im Allgemeinen gilt die Lunge als das für die Aufnahme von Nanopartikeln kritisch-ste Organ. 

Die extrem fein verästelten Lungenkanälchen mit den Lungenbläschen (Alveolen) bieten mit 

über 140 m 2 eine enorme Expositionsfläche. 

Eingeatmete Partikel, die kleiner als 2.5 µm sind, dringen bis in die alveolären 

(gasaustauschenden) Strukturen der Lunge vor. Die Lunge verfügt zwar über wirksame 

Mechanismen, um abgelagerte Partikel wieder zu entfernen (sog. Clearance-Mechanismen), 

aber diese Mechanismen können bei dauerhafter, hoher Exposition überlastet werden. 

An der Luft-Blut-Gewebeschranke findet der lebenswichtige Austausch von Sauerstoff und 

Kohlenstoffdioxid zwischen der Atemluft und dem Blut statt. Studien am Menschen und am Tier 

zeigen, dass nanoskalige Partikel in der Lage sind, diese dünne Luft-Blut-Gewebeschranke zu 

überwinden und danach über den Blutkreislauf im Körper und in andere Organe verteilt werden 

können. Verschiedene Übersichtsartikel fassen zusammen, dass es dabei zu 

Entzündungsreaktionen in der Lunge und im Herz-Kreislauf-System kommen kann. 

Haut 

Die Haut bietet dem Körper eine wichtige Schutzfunktion gegenüber Umwelteinflüssen jeglicher 

Art. Die Haut ist aus verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen Funktionen aufgebaut: Die 

äusserste Schicht, die Hornschicht, besteht aus abgestorbenen, sogenannt verhornten Zellen, 

die auf mehreren Lagen von lebenden Zellen (Keimschicht) aufliegt. Die tieferen Schichten 

werden von Blutgefässen und Nerven durchzogen. Deshalb ist es ein wichtigstes Kriterium, ob 

Nanopartikel durch die Hornschicht hindurch in die lebenden Schichten der Haut und ins Blut 

gelangen können. 

In wissenschaftlichen Kreisen überwiegt die Einschätzung, dass in Sonnenschutzprodukten 

eingesetzte Nanopartikel aus Titandioxid und Zinkoxid die gesunde, unbeschädigte Haut nicht 

durchdringen. Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass bestimmte, sehr kleine Nanopartikel 

(Quantum Dots) tiefer in die Haut eindringen können. 

Noch Klärungsbedarf besteht, ob die Haut allenfalls bei Krankheiten oder mechanischer 

Belastung (Beugung, Dehnung) für Nanopartikel durchlässig wird. Beschädigte oder verletzte 

Haut ist für Nanopartikel durchlässig. 

Magen-Darm-Trakt 

Nur wenige Studien haben die Verteilung und Ausscheidung von nanoskaligen Materialien über 

den Magen-Darm-Trakt untersucht. Die meisten kommen zu dem Ergebnis, dass Nanopartikel 

im Wesentlichen ohne langen Aufenthalt über den Stuhl aus dem Körper ausgeschieden 

werden. 

Prinzipiell können nanoskalige Teilchen mit Nahrungsmitteln, Wasser oder Medikamenten oder 

aus verschlucktem Schleim aus der Lunge aufgenommen werden. Die schnelle Ausscheidung 



über den Stuhl wurde auch für synthetische Nanomaterialien gezeigt. So fand sich nach oraler 

Gabe von radioaktiv markiertem C60-Fulleren an Ratten, dieses nach 48 Stunden zu 98 Prozent 

im Kot wieder, während nur 2 Prozent über den Urin eliminiert wurden. 

Folie 8 

Nanopartikel am Arbeitsplatz 

Nanomaterialien und nanotechnologische Prozesse werden bereits heute in vielen Produkten 

und Branchen angewendet. Für die Zukunft wird mit einem raschen Wachstum gerechnet. Ein 

wichtiger Bereich, wo Nanopartikel bereits heute von Bedeutung für die Gesundheit des 

Menschen sein können, ist damit der Arbeitsplatz. Hier werden Nanomaterialien hergestellt, 

weiterverarbeitet und in Produkte eingebaut. 

Vor diesem Hintergrund wurde am Schweizer Institut für Arbeit und Gesundheit (IST) die Studie 

„Nano-Inventar“ durchgeführt. Die Studie untersuchte, in welchem Ausmass Nanopartikel 

bereits in der Schweizer Industrie eingesetzt werden, wie viele Arbeitnehmer damit potentiell in 

Kontakt kommen und welche Schutzmassnahmen angewendet werden. 

Das Nano-Inventar ergab, dass hochgerechnet fast 600 Schweizer Unternehmen Nanopartikel 

einsetzen. In diesen Firmen arbeiten rund 1300 Personen an Arbeitsplätzen, wo Nanopartikel 

zum Einsatz kommen. Nanopartikel-Anwendungen gibt es vorwiegend in der chemischen 

Industrie, bei Automobil-Zulieferern, Elektrotechnik-Unternehmen, allgemeinem Handel, 

Oberflächen-Behandlungsfirmen, Keramik- und Glasbetrieben sowie in der Stein-Behandlung. 

In den meisten Betrieben wurden Nanopartikel allerdings nur in geringen Mengen eingesetzt. 

Sowohl Jahresumsatz als auch Lagermenge überschritten selten mehr als einige hundert 

Kilogramm. 

Als Gesundheitsschutz werden alle Massnahmen, Mittel und Methoden zum Schutz der 

Arbeitnehmenden vor arbeitsbedingten Sicherheits- und Gesundheitsgefährdungen verstanden. 

Folie 9 

Massnahmen am Arbeitsplatz 

Für den Umgang mit Nanopartikeln am Arbeitsplatz haben sich Verfahren zur Minimierung der 

Exposition etabliert. Diese gliedern sich in: 

� Substitution: Pulverförmige Nanopartikel ersetzen durch gebundene Formen 

(Dispersionen, Pasten, Granulate, etc.). 

� Technische Schutzmassnahmen: Verwendung von geschlossenen Apparaturen, 

Entstehung von Stäuben vermeiden, Absaugen von Stäuben und Aerosolen an der 

Quelle, Abtrennung des Arbeitsraums, geeignete Reinigungsmassnahmen, u.a. 

� Organisatorische Schutzmassnahmen: Minimierung der Expositionszeit und der 

Anzahl der exponierten Mitarbeitenden, Beschränkung des Zugangs, 

Betriebsanweisungen für das Personal. 

� Personenbezogene Schutzmassnahmen: Einsatz von geeigneten Schutzmasken, 

Schutzbrillen, Handschuhen und Schutzkleidung, wenn eine Exposition nicht vermieden 

werden kann. 

Wenn am Arbeitsplatz mit Nanopartikeln hantiert werden muss, stehen also primär 

Massnahmen zur Minimierung der Exposition wie das Arbeiten in geschlossenen Systemen im 

Vordergrund. Als geschlossenes System wird beispielsweise eine „Glove box“ bezeichnet. Ein 

solcher Behälter ist luftdicht abgeschlossen und sorgt dafür, dass nichts aus dem Inneren in die 

Umgebung gelangen kann. Die Handhabung der Materialien erfolgt mit Hilfe von Gummi- oder 

Kunststoffhandschuhen, die über entsprechende Durchführungen in den Behälter hineinreichen. 


Folie 10 

Gesundheitsschutz in der Schweiz 


In der Schweiz ist die Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva) für die Vermeidung 

von Berufskrankheiten in den Betrieben zuständig. Daher beschäftigt sich die Suva unter 

anderem auch intensiv mit dem Thema der Nanopartikel an Arbeitsplätzen und stellt dazu im 

Internet ausführliche Informationen bereit. 

Ziel der Aktivitäten der Suva ist es, den Erkenntnisstand bezüglich der Auswirkungen von 

Nanopartikeln auf die menschliche Gesundheit zu verfolgen und wirkungsvolle Massnahmen 

zum Schutz der Gesundheit von Arbeitnehmenden zu entwickeln, welche Nanopartikeln 

ausgesetzt sind. Allerdings mangelt es gegenwärtig nicht nur an verbindlichen Grenzwerten und 

Risikobewertungen, mit dem zunehmenden Einsatz von synthetischen Nanomaterialien in der 

Industrie müssen auch praxistaugliche und aussagekräftige Verfahren zur Messung von 

Nanopartikeln am Arbeitsplatz entwickelt werden. 

Der Suva-Film (2009) zeigt, wie bei der Firma Bühler AG Uzwil mit den Gefahren der 

Nanotechnologie umgegangen wird. 

Zum Gesundheitsschutz nimmt auch der Aktionsplan „Synthetische Nanomaterialien“, den der 

Bundesrat im April 2008 verabschiedete Stellung. Die Schweiz war damit eines der ersten 

Länder weltweit, die einen Aktionsplan besass. Zudem ermöglicht der seit 2011 veröffentlichte 

Vorsorgeraster „Synthetische Nanomaterialien“ des Bundesamtes für Gesundheit (BAG) 

Industrie und Gewerbe ein strukturiertes Vorgehen zum Erkennen möglicher Risiken im 

Umgang mit solchen neuen Materialien. 

Folie 11 

Umwelt und Nano 

In der Umwelttoxikologie stehen das Verhalten und die Auswirkungen von Nanopartikeln in den 

Umweltsystemen Luft, Wasser und Boden im Vordergrund. Dabei werden auch die vielfältigen 

Lebewesen in diesen Umweltsystemen berücksichtigt. Im Vergleich zur Untersuchung 

möglicher Effekte von Nanopartikeln auf den Menschen gibt es in der Umwelttoxizität eine zwar 

zunehmende, aber noch geringere Anzahl an Studien. 

Vor allem aquatische (im Wasser lebende) Organismen waren bisher im Fokus der 

Forschenden. So wurde zum Beispiel an Algen, Wasserflöhen, Krebsen oder Fischen 

untersucht, ob diese Nanopartikel aufnehmen, ob sie dadurch geschädigt oder in ihrer 

Entwicklung und Fortpflanzung gestört werden. Daneben werden auch mögliche Auswirkungen 

von Nanopartikeln auf Böden und auf Nutzpflanzen untersucht. 

Bis jetzt haben Umweltforscherinnen und Umweltforscher unter Laborbedingungen gezeigt, 

dass einige Nanopartikel auf Lebewesen in der Umwelt eine schädigende Wirkung haben 

können, wenn sie genügend hohen Konzentrationen ausgesetzt sind – andere Materialien 

scheinen dagegen unproblematisch. 

Allerdings ist das Wissen über reale Einträge an synthetischen Nanomaterialien in die Umwelt 

und über das Verhalten der Stoffe in den Umweltsystemen noch zu gering, als dass daraus 

abschliessende Risiko-Bewertungen abgegeben werden könnten. 

Immerhin sind in dieser Beziehung auch in der Schweiz Untersuchungen über den 

Lebenszyklus synthetischer Nanomaterialien, d.h. von der Entstehung über den Gebrauch bis 

zur Entsorgung im Gange. Daran hauptsächlich beteiligt sind die EMPA (Eidgenössische 

Materialprüfungs und -forschungsanstalt, gehört zur ETH) und die EAWAG (Eidgenössisches 

Wasserforschungsinstitut, gehört zur ETH). 


Folie 12 

Kritische Stoffe 


Besondere Bedenken bezüglich ihrer Sicherheit lösen sogenannte persistente Nanomaterialien 

aus. Persistente Stoffe werden in der Umwelt oder von Lebewesen nicht oder nur sehr langsam 

abgebaut. Ein beständiger Eintrag eines persistenten Stoffes in die Umwelt kann zu 

Anreicherungen führen. 

Auch die Anreicherung von persistenten Nanopartikeln in Lebewesen, die sogenannte 

Bioakkumulation, muss in Betracht gezogen werden. Es ist z.B. denkbar, dass persistente 

Nanomaterialien von Wasserorganismen über die Nahrung aufgenommen werden und entlang 

der Nahrungskette weitergegeben werden. In diesem Zusammenhang gelten besonders 

fettlösliche Stoffe als kritisch, da sich diese im Fettgewebe der Lebewesen anreichern können. 

Falls es entlang der Nahrungskette zu einer Anreicherung des Stoffes kommt, könnten die 

Nanomaterialien am Schluss mit dem Fisch auf unserem Teller landen. 

Fest steht bisher, dass die Umwelttoxizität von Nanopartikeln von einer Reihe physikalischchemischen 

Eigenschaften der Partikel sowie ihrer Umgebung bestimmt ist - wie z.B. ihrer 

Löslichkeit und Abbaubarkeit, ihrer Oberflächeneigenschaften und ihrer Tendenz zur 

Agglomeration, sowie möglicher Wechselwirkungen mit anderen Stoffen in Lebewesen und im 

Umweltsystem. Diese und weitere Eigenschaften der Nanomaterialien können sich in 

komplexen, natürlichen Systemen wie einem See ändern und machen die Abklärungen 

zusätzlich kompliziert. 

Folie 13 

Wenige Informationen 

Über die Freisetzung und den Eintrag an synthetischen Nanomaterialien in die Umwelt liegen 

bis heute erst wenige Daten vor. Immer mehr werden in der Industrie (auch in der Schweiz) 

heute Nanomaterialien eingesetzt. Bei steigendem Einsatz synthetischer Nanomaterialien ist zu 

erwarten, dass auch die Freisetzung in die Umwelt zunehmen wird. 

Am Beispiel von Nanosilber in Textilien und Konsumprodukten sowie an Titandioxid in 

Fassadenanstrichen machten Umweltforschende Freisetzungsversuche und fanden die 

eingesetzten Nanomaterialien (teils in gelöster Form) in Boden und Wasser sowie im Abwasser. 

Jedoch stellt ein Eintrag in die Umwelt erst dann ein Risiko dar, wenn die Nanomaterialien in 

genügend hoher Konzentration vorliegen, eine Exposition möglich ist und eine Gefährdung 

durch das Nanomaterial (bzw. dessen Abbauprodukte) gegeben ist. Erste quantitative 

Einschätzungen führten je nach Umweltsystem und Nanomaterial zu unterschiedlichen 

Resultaten. 

Nach der Freisetzung unterliegen Nanomaterialien in der Umwelt komplexen Verteilungs-, 

Umwandlungs- und Abbauprozessen, welche ihre Bioverfügbarkeit beeinflussen. So 

beschäftigen sich Forschende mit dem Verhalten von Nano-Ceroxid und Nanosilber in 

Kläranlagen und halten fest, dass ein grosser Teil dieser beiden Materialien im Klärschlamm 

gebunden wird. 

Daten zur Langzeitwirkung der freigesetzten Materialien fehlen noch. 


Folie 14 

Unklare Langzeitfolgen 


Den Schritt vom ausgeschwemmten Partikel ins Lebewesen wird am Wasserforschungsinstitut 

Eawag untersucht. Dort stellt man fest, dass Nanopartikel auch dann in Zellen aufgenommen 

werden können, wenn sie in verklumpter Form in einem Medium vorliegen. Bisher war man der 

Ansicht, solche Partikelanhäufungen verblieben im Wasser und seien somit eher unbedenklich. 

Es stellt sich auch die Frage, was mit Partikeln in Zellen von Menschen oder von Wirbeltieren 

wie Fischen weiter geschieht. Im Zellkern selbst konnten sie noch kaum nachgewiesen werden. 

Es könnte aber sein, dass es nur wenige der winzigen Teilchen bis in den Zellkern schafften, 

die man bisher noch kaum erfassen konnte. Wären Nanopartikel tatsächlich in der Lage, in 

grösserer Zahl in den Kern einzudringen, wäre dies ein schlechter Befund: Aufgrund ihrer 

grossen Oberfläche und je nach Beschaffenheit produzieren die Partikel zum Beispiel reaktive 

Moleküle. Diese Radikale könnten, durch die Nähe zur DNA als Trägerin der Erbinformationen, 

das Erbgut schädigen. 

Doch auch als unreaktiv geltende Nanoteilchen und solche, die sich ausserhalb des Zellkerns 

ansiedeln, müssen nicht harmlos sein. Man fragt sich auch, ob sie in die Mitochondrien 

eindringen und allenfalls dort die Produktion von Energie beeinträchtigen können. Es stellt sich 

zudem die Frage, ob sie besonders lange im Organismus verbleiben und zu chronischen 

Entzündungen führen können. Wie Untersuchungen auch der Eawag zeigen, gelangen die 

Partikel ins sogenannte Lysosom, wo Enzyme Abfallstoffe abbauen. Es ist denkbar, dass die 

Nanoteilchen mit unklaren Langzeitfolgen für die Zelle in dieser „Müllhalde“ verbleiben. Möglich 

scheint aber auch, dass sie nahe an die Zelloberfläche gelangen, ausgeschieden und so aus 

dem Organismus entfernt werden. 

Weiterführende Infos siehe http://www.swissnanocube.ch/sicherheit-risiko/ 

Quellen: 

http://www.swissnanocube.ch 

http://www.lubw.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/62024/U10-S05- 

N10.pdf?command=downloadContent&filename=U10-S05-N10.pdf 

http://www.swissnanocube.ch/fileadmin/user_upload/documents/textfiles/themen/Sicherheit_un 

d_Risiko/Noch_viele_Fragezeichen.pdf 


3.4. ABU-Teil 2 – Vermutete Gefahren (Handout) 

Mögliche Gefahren 

In Lebensmitteln, Kosmetik oder 

Textilien: Nanotechnologie ist 

allgegenwärtig. Doch mit dem 

Erfolg steigen die Gefahren. Nach 

dem heutigen Stand der Forschung 

sind Nanopartikel in Kosmetika 

unbedenklich. Bei Anwendungen 

im Lebensmittelbereich weiss man 

noch zu wenig über deren Wirkung. 

Wirklich heikel wird es bei künstlich 

hergestellten Nanopartikeln, 

welche in die Umwelt gelangen. 


(SF, Kassensturz, 2011, Link: http://www.videoportal.sf.tv/video?id=7203fbc0-23fc-471a-a733f2eb930fbf02;DCSext.zugang=videoportal_aehnlichevideos) 

Nanotoxikologie 

Auf die Dosis kommt es an 

Die Toxikologie ist die Lehre der schädlichen 

Wirkungen chemischer Stoffe auf Lebewesen und die 

Umwelt. Noch präziser abgegrenzt, beschäftigt sich 

die Humantoxikologie mit den Wirkungen von Stoffen 

auf den Menschen und die Ökotoxikologie bezeichnet 

die Lehre, die sich mit der Wirkung von Stoffen auf 

die (belebte) Umwelt befasst. 

„Alle Ding' sind Gift und nichts ist ohn' Gift; allein die Dosis macht, dass 

ein Ding' kein Gift ist“ 

(Paracelsus, 1493–1541)Beispiel: Kochsalz (Natriumchlorid) ist in 

kleiner Dosis für den Menschen lebenswichtig. Bereits die Aufnahme 

von einigen Gramm Kochsalz pro Kilogramm Körpergewicht kann 

hingegen tödlich sein. 


Aufnahmewege 

Lunge 

Im Allgemeinen gilt die Lunge als das für 

die Aufnahme von Nanopartikeln 

kritischste Organ. Die extrem fein 

verästelten Lungenkanälchen bieten mit 

über 140 m 2 eine enorme 

Expositionsfläche. 

Haut 


Die Haut bietet dem Körper eine wichtige 

Schutzfunktion gegenüber Umwelteinflüssen 

jeglicher Art. Die äusserste Schicht der Haut, die 

Hornschicht, besteht aus abgestorbenen, 

sogenannt verhornten Zellen, die auf mehreren 

Lagen von lebenden Zellen (Keimschicht) aufliegt. 

Die tieferen Schichten werden von Blutgefässen 

und Nerven durchzogen. Deshalb ist es ein 

wichtiges Kriterium, ob Nanopartikel durch die 

Hornschicht hindurch in die lebenden Schichten der 

Haut und ins Blut gelangen können. 


Magen-Darm 

Nanopartikel, welche durch den Mund in den Körper 

gelangen, werden im Wesentlichen ohne langen 

Aufenthalt über den Stuhl aus dem Körper 

ausgeschieden. 

Nanopartikel am Arbeitsplatz 

Wenn am Arbeitsplatz mit Nanopartikeln 

hantiert werden muss, steht das Arbeiten 

in geschlossenen Systemen im 

Vordergrund. Als geschlossenes System 

wird beispielsweise eine „Glove box“ 

bezeichnet. Ein solcher Behälter ist 

luftdicht abgeschlossen und sorgt dafür, 

dass nichts aus dem Inneren in die 

Umgebung gelangen kann. 


In fast 600 Schweizer Unternehmen werden 

Nanopartikel eingesetzt. In diesen Firmen arbeiten 

rund 1300 Personen an Arbeitsplätzen, wo 

Nanopartikel zum Einsatz kommen. 

In den meisten dieser Betriebe wurden 

Nanopartikel allerdings nur in geringen Mengen 

eingesetzt. Sowohl Jahresumsatz als auch 

Lagermenge überschritten selten mehr als einige 

hundert Kilogramm. 


Nanopartikel und Gesundheit am Arbeitsplatz 

In der Schweiz ist die Schweizerische 

Unfallversicherungsanstalt (Suva) für die 

Vermeidung von Berufskrankheiten in den 

Betrieben zuständig. Daher beschäftigt sich 

die Suva unter anderem auch intensiv mit 

dem Thema der Nanopartikel an 

Arbeitsplätzen. 

Der Suva-Film (2009) zeigt, wie bei der Firma 

Bühler AG Uzwil mit den Gefahren der 

Nanotechnologie umgegangen wird. 

Umwelt und Nano 

Kritische Stoffe 

Besondere Bedenken bezüglich ihrer Sicherheit 

lösen sogenannte persistente Nanomaterialien 

aus. Persistente Stoffe werden in der Umwelt oder 

von Lebewesen nicht oder nur sehr langsam 

abgebaut. Ein beständiger Eintrag eines 

persistenten Stoffes in die Umwelt kann zu 

Anreicherungen führen. 


In der Umwelttoxikologie stehen das Verhalten und die 

Auswirkungen von Nanopartikeln in den Umweltsystemen 

Luft, Wasser und Boden im Vordergrund. Dabei werden 

auch die vielfältigen Lebewesen in diesen Umweltsystemen 

berücksichtigt. Im Vergleich zur Untersuchung möglicher 

Effekte von Nanopartikeln auf den Menschen gibt es in der 

Umwelttoxizität eine zwar zunehmende, aber noch geringe 

Anzahl an Studien. 

Falls es entlang der Nahrungskette zu einer 

Anreicherung eines Stoffes kommt, könnten die 

Nanomaterialien am Schluss mit dem Fisch auf unserem Teller landen. 


Wenige Informationen 

Über die Freisetzung 

synthetischer 

Nanomaterialien in die 

Umwelt liegen bis heute 

erst wenige Daten vor. Bei 

steigendem Einsatz 

synthetischer 

Nanomaterialien ist zu 

erwarten, dass auch die 

Freisetzung in die Umwelt 

zunehmen wird. 


Nach der Freisetzung unterliegen Nanomaterialien in der Umwelt komplexen Verteilungs-, 

Umwandlungs- und Abbauprozessen. Forschende halten fest, dass z.B. ein grosser Teil von 

Nanosilber, das in Kläranlagen gelangt, im Klärschlamm gebunden wird. 

Daten zur Langzeitwirkung der freigesetzten Materialien fehlen noch. 

Unklare Langzeitfolgen 

Nanopartikel könnten eventuell bis in den Zellkern von 

Lebewesen vordringen. Aufgrund ihrer grossen 

Oberfläche und je nach Beschaffenheit produzieren die 

Partikel reaktive Moleküle. Diese Radikale könnten, 

durch die Nähe zur DNA als Trägerin der 

Erbinformationen, das Erbgut schädigen. 

Weiterführende Infos siehe http://www.swissnanocube.ch/sicherheit-risiko/ 


3.5. ABU-Teil 2 – Vermutete Gefahren (Arbeitsblatt) 

Sozialform: 3er- oder 4er-Gruppen 


Ausgangslage 


Sie haben sich zuhause auf das Thema „Vermutete Gefahren der Nanotechnologie“ vorbereitet, 

indem Sie sich aus dem Internet Informationen geholt haben. Diese haben Sie in einem 

Mindmap zusammengestellt. 

Bekanntlich sind Mindmaps sehr persönliche Dokumente, da sie stark mit Ihrer individuellen 

Denkweise zusammenhängen. Es ist deshalb nicht verwunderlich, dass sich die Mindmaps der 

anderen Gruppenmitglieder von Ihrem eigenen zum Teil recht deutlich unterscheiden. 

Auftrag 1 

Vergleichen Sie in der Gruppe die verschiedenen Mindmaps: 

� Erklären Sie Ihren KollegInnen den Aufbau und die Zusammenhänge, die Ihnen beim 

Erstellen des Mindmaps wichtig erschienen. 

� Begründen Sie, weshalb Sie etwas weggelassen haben. 

� Fragen Sie nach, wenn auf dem Mindmap eines anderen Gruppenmitgliedes für Sie 

etwas nicht verständlich ist. 

Auftrag 2 

Versuchen Sie in der Gruppe herauszufinden, welches Mindmap die Zusammenhänge am 

besten wiedergibt. 

Quelle: http://www.kjf-online.de/g_arbeit.htm 


3.6. ABU-Teil 3 – Nano im Recht (PP-Präsentation) 









3.7. ABU-Teil 3 – Nano im Recht (Begleitinformation) 

Folie 1 

Genügen unsere Gesetze? 


Die meisten heute gültigen Gesetze wurden in einer Zeit verfasst, als Nanotechnologien noch 

kein Thema waren. In diesen Gesetzen fehlen daher die Begriffe „Nanomaterialien“ und 

„Nanotechnologien“ genauso wie Anforderungen, die speziell für „Nano“ gelten. 

Das bedeutet aber nicht, dass Nanomaterialien von diesen Gesetzen und Regulierungen 

ausgenommen sind, bloss weil sie darin nicht ausdrücklich erwähnt sind. Sowohl der Schweizer 

Bundesrat als auch die Europäische Kommission kamen zum Schluss, dass die bestehenden 

gesetzlichen Grundlagen auch synthetische Nanomaterialien grundsätzlich abdecken. 

Nanotechnologische Stoffe, Produkte oder Prozesse unterliegen dem geltenden Recht also 

genauso wie herkömmliche Stoffe, Produkte und Prozesse. Die bestehenden 

Sicherheitsanforderungen, Verbote und Beschränkungen gelten also auch für alle 

Nanoprodukte und Nanomaterialien. Eine Übersicht über die betroffenen Regelungsbereiche 

bei den Schweizer Gesetzen liefert der Grundlagenbericht des Schweizer Aktionsplans im 

Abschnitt 5.5: 

Übersicht zur Rechtslage in der Schweiz 

Es besteht gegenwärtig eine grosse Verwirrung darüber, ob die gesetzlichen Regelungen der 

Schweiz ausreichen, um allfällige Gesundheits- und Umweltrisiken synthetischer Nanopartikel 

frühzeitig erkennen und reduzieren zu können. Forderungen nach einer spezifischen 

«Nanoregulierung» werden laut. Spekulationen über eine künftige Nanoregulierung und die 

unübersichtliche Risikosituation verunsichert andererseits die Wirtschaft und könnten sich 

langfristig innovationshemmend auswirken. So ist das Interesse der Wirtschaft gering, in die 

Entwicklung von Nanotechnologien oder Nanopartikel enthaltende Produkte zu investieren, 

solange nicht absehbar ist, welche rechtlichen Anforderungen künftig zu erfüllen sein werden. 

Synthetische Nanopartikel sind heute in diversen Produkten und Anwendungen auf dem Markt. 

Es ist damit zu rechnen, dass sie künftig noch breiter und in grösseren Mengen zum Einsatz 

kommen werden. Alle diese Produkte und Anwendungen unterliegen bereits bestehenden 

Regelungen wie u.a. dem Chemikalien-, Lebensmittel- und Arzneimittelrecht. Während der 

Produktion, der Verarbeitung, der Anwendung und der Entsorgung kann es gewollt oder 

ungewollt zu Freisetzung kommen, die zu einer Exposition von Mensch und Umwelt führen. 

Eine allfällige Freisetzungen fällt unter den Regelungsbereich bestehender Gesetze und 

Verordnungen, wie u.a. Störfallverordnung, Luftreinhalteverordnung und Gewässerschutzgesetz 

sowie Arbeitnehmerschutzbestimmungen. 

Wenn also beispielsweise im Schweizer Produktesicherheits-Gesetz im Artikel 3 steht: 

„Produkte dürfen in Verkehr gebracht werden, wenn sie bei normaler oder bei vernünftigerweise 

vorhersehbarer Verwendung die Sicherheit und die Gesundheit der Verwenderinnen und 

Verwender und Dritter nicht oder nur geringfügig gefährden“, dann gilt dies sowohl für 

herkömmliche Produkte als auch für Nanoprodukte. 


Folie 2 

Neue Eigenschaften = neue Regeln? 


Synthetische Nanomaterialien besitzen im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien oftmals 

neuartige Eigenschaften. Diese können in der Forschung und Entwicklung von neuen 

Produkten und Anwendungen genutzt werden – gleichzeitig können die neuartigen 

Eigenschaften aber auch zu einem unerwarteten Verhalten und zu möglichen Risiken führen. 

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob für die neuartigen Eigenschaften von 

Nanomaterialien neue Regeln aufgestellt werden müssen, um die Sicherheit zu gewährleisten. 

Aufgrund der bereits erwähnten Tatsache, dass synthetische Nanomaterialien von den 

bestehenden gesetzlichen Grundlagen abgedeckt sind, ergibt sich gemäss dem Schweizer 

Bundesrat aktuell allerdings kein Bedarf für eine „nanospezifische“ Gesetzgebung. 

Auf der Ebene der ausführenden Verordnungen bzw. der Umsetzung bestehenden Rechts 

hingegen sehen sowohl die Europäische Kommission als auch der Schweizer Bundesrat einen 

Überprüfungsbedarf, auch im Hinblick auf das stetig wachsende Wissen um Chancen und 

Risiken von synthetischen Nanomaterialien. 

Folie 3 

Regulierungsdiskussion 

Mit der zunehmend an Gewicht gewinnenden Rolle von Nanotechnologien in der Wirtschaft und 

ersten Hinweisen auf mögliche Risiken wurden auch Rufe nach gesetzlichen Leitplanken für die 

weitere Entwicklung und Anwendung der Nanotechnologien laut. Einige Vorstösse stammten 

aus der Politik, aber auch verschiedene Nichtregierungsorganisationen engagierten sich 

zugunsten einer strengeren Kontrolle und Regulierung von Nanotechnologien. 

In der folgenden und bis heute andauernden Debatte kristallisierten sich teils gegensätzliche 

Meinungen heraus. Auf der einen Seite stehen Technologie-Befür-worter, die eine 

Einschränkung der freien Entwicklung und Verwendung von Nanotechnologien für falsch halten. 

Sie befürchten, dass dadurch wichtige nützliche Innovationen verhindert werden könnten. 

Andere verlangen ein Moratorium für die Forschung an Nanotechnologien, bis die möglichen 

Risiken abschliessend geklärt sind. 


Folie 4 

Kennzeichnung ist zentral 


Auf der Basis des Aktionsplans hat das Bundesamt für Gesundheit 2009 die NANO- 

Dialogplattform ins Leben gerufen. Gemeinsam mit den beteiligten Akteuren aus der Industrie, 

dem Detailhandel, dem Konsumentenschutz und den Behörden wurde diskutiert, wie 

sichergestellt werden kann, dass die Konsumentinnen und Konsumenten bei Nano-Produkten 

eine informierte Entscheidung treffen können. 

Die Kennzeichnung oder das sogenannte „Labelling“ von Nanomaterialien in Konsumprodukten 

hat sich verschiedentlich als eine wichtige Forderung der Konsumentinnen und Konsumenten 

herausgestellt. Eine Kennzeichnung von Nanomaterialien in Konsumprodukten steht als 

Methode zur Debatte, um die Konsumentinnen und Konsumenten darüber zu informieren, 

welche Produkte Nanomaterialien enthalten. 

Es ist allerdings noch nicht klar, was genau und in welcher Form gekennzeichnet werden soll, 

denn bis heute gibt es gemäss der NANO-Dialogplattform noch keine international anerkannte 

Definition für „synthetische Nanomaterialien“, an der sich eine Kennzeichnung orientieren 

könnte. 

Auch müsse zwischen einer Gefahrenkennzeichnung und einer Information über Inhaltsstoffe 

unterschieden werden. Während jedoch generelle Aussagen zur Gefahrenbewertung von 

Nanomaterialien noch nicht möglich seien, mache auch die Kennzeichnung von Nano- 

Inhaltsstoffen (ohne weitere Informationen) wenig Sinn. 

Vorderhand gilt: Nanomaterialien fallen in der EU als Chemikalien unter die CLP-Richtlinie 

(Classification, Labelling und Packaging) und müssen eingestuft und gekennzeichnet werden 

(Gefahrenkennzeichnung). Die Einstufungskriterien sind die gleichen wie für Chemikalien. Das 

gleiche gilt in der Schweiz. Auch hier müssen Nanomaterialien gemäss Chemikalienrecht wie in 

der EU eingestuft und gekennzeichnet werden. 

Folie 5 

Grenzwerte 

Die rasch wachsende Zahl an Anwendungen und Produkten, die synthetische Nanomaterialien 

oder Nanopartikel einsetzen, hat zu Bedenken über mögliche neue gesundheitliche Risiken 

geführt. Diese Bedenken sind teilweise in den Erfahrungen mit anderen Kleinstteilchen 

(Feinstaub) begründet, teilweise stammen sie aus Erfahrungen mit früheren Technologie- 

Entwicklungen. 

Ob diese Bedenken in Bezug auf synthetische Nanomaterialien berechtigt sind, ist Gegenstand 

aktueller Untersuchungen. Die Forschungsdisziplin der Nanotoxikologie befasst sich mit den 

Wirkungen und Wirkungsweisen von Nanopartikeln auf Lebewesen und die Umwelt. Für eine 

Risikobeurteilung muss jedoch neben dem Verständnis der biologischen Wirkungen immer 

auch die Exposition berücksichtigt werden, da nur eine Kombination beider Faktoren ein Risiko 

bedeuten kann. 

Grenzwerte spielen bei der Formulierung von Gesetzen, Vorschriften und Empfehlungen und in 

der Arbeitssicherheit eine wichtige Rolle. Grenzwerte geben Auskunft darüber, welche 

Konzentration eines Stoffes in der Umgebung nicht überschritten werden darf. Das Festlegen 

von Grenzwerten setzt jedoch belastbare wissenschaftliche Grundlagen und ein tiefes 

Verständnis der Wirkungen und Wirkmechanismen des jeweiligen Stoffes voraus. Diese 

Grundlagen zu erarbeiten ist ein wichtiges Ziel der Risikoforschung. 

Folie 6 


Masse oder Oberfläche? 


Bei der toxikologischen Bewertung von Partikeln wurde bisher die Masse oder die 

Konzentration der Teilchen als ausschlaggebende Grösse herangezogen. Allerdings zeigt sich, 

dass diese Grösse für viele Nanopartikel nur bedingt geeignet ist, um ihre biologische Wirkung 

vorauszusagen. 

Relevanter scheint in vielen Fällen die Grösse der Oberfläche der Nanopartikel zu sein. Die 

vergrösserte Oberfläche von Nanopartikeln wird in biologischen Systemen im Allgemeinen mit 

einer erhöhten Reaktivität mit Zellen oder deren Komponenten in Verbindung gebracht. 

Wenn wir ein Gramm eines Stoffes in Nanopartikel zerkleinern, dann erhalten wir eine riesige 

Anzahl Partikel mit einer gesamthaft sehr viel grösseren Oberfläche als das Ausgangsmaterial. 

Damit liegt bei Nanopartikeln im Vergleich zu einem gröberen Ausgangsmaterial ein grösserer 

Anteil der Atome an der Oberfläche und steht für Reaktionen mit der Umgebung zur Verfügung. 

Folie 7 

Freiwillige Massnahmen 

Die Behörden und der Gesetzgeber überprüfen die verschiedenen sektoriellen Gesetze 

regelmässig und entscheiden, ob die bestehenden Regeln für eine sichere Handhabung der 

Nanotechnologien genügen, oder ob es neue, spezielle Nano-Regeln braucht. Dies geschieht in 

der Schweiz im Rahmen des Schweizer Aktionsplans, dessen Wirkungen der Bundesrat im Jahr 

2011 überprüfen will. 

Im Frühling 2009 wurden in der EU im Rahmen einer Revision der europäischen 

Kosmetikverordnung auf Druck des EU-Parlaments einige Passagen mit speziellen 

Anforderungen für Nanomaterialien in Kosmetika eingebracht. Gemäss Art. 19 Abs. 1 

Buchstabe g müssen neu alle Bestandteile in der Form von Nanomaterialien eindeutig in der 

Liste der Bestandteile aufgeführt werden und mit „Nano“ in Klammern gekennzeichnet werden. 

Zudem muss gemäss Artikel 16 die Verwendung von Nanomaterialien in Kosmetika der 

Kommission gemeldet werden. 

In der Schweiz gibt es bis heute im Gegensatz zur EU keine Gesetze oder Verordnungen, 

welche wörtlich auf synthetische Nanomaterialien Bezug nehmen. Erst in einer zweiten Phase, 

wenn die nötigen Grundlagen vorliegen, will der Bundesrat nötigenfalls Anpassungen am 

gesetzlichen Regelwerk vornehmen. In der Zwischenzeit will der Bundesrat in erster Linie auf 

die Eigenverantwortung der Industrie setzen und freiwillige Massnahmen fördern. 

Links: 

Weiterführende Infos: http://www.swissnanocube.ch/technologie-gesellschaft/ 

Grundlagenbericht zum Aktionsplan 


Quellen: 

http://www.swissnanocube.ch 

www.bafu.admin.ch/publikationen/html 


http://www.bafu.admin.ch/publikationen/publikation/000 

58/index.html?lang=de&download=NHzLpZig7t,lnp6I0 

NTU042l2Z6ln1acy4Zn4Z2qZpnO2Yuq2Z6gpJCGdnt8 

gGym162dpYbUzd,Gpd6emK2Oz9aGodetmqaN19XI2I 

dvoaCVZ,s-.pdf 


3.8. ABU-Teil 3 – Nano im Recht (Handout) 

Genügen unsere Gesetze? 

In unseren Gesetzen findet sich das Wort „Nano“ nicht. 


Das bedeutet aber nicht, dass Nanomaterialien von diesen Gesetzen und Regulierungen 

ausgenommen sind, bloss weil sie darin nicht ausdrücklich erwähnt sind. 

Neue Eigenschaften = neue Regeln? 

Regulierungsdiskussion 

Die neuen Eigenschaften, die Nanomaterialien haben, 

können auch zu einem unerwarteten Verhalten und zu 

möglichen Risiken führen. Müssen deshalb neue 

Regeln aufgestellt werden? 

Da die bestehenden Gesetze auch für neue 

Materialien gelten, sieht der Bundesrat derzeit keinen 

Handlungsbedarf. 

Auf der Ebene der ausführenden Verordnungen bzw. 

der Umsetzung bestehenden Rechts sieht er jedoch 

einen Überprüfungsbedarf. 

In der bis heute andauernden Debatte kristallisierten sich teils gegensätzliche Meinungen 

heraus. Auf der einen Seite stehen Technologie-Befürworter, die eine Einschränkung der freien 

Entwicklung und Verwendung von Nanotechnologien für falsch halten. Sie befürchten, dass 

dadurch wichtige nützliche Innovationen verhindert werden könnten. Andere verlangen ein 

Moratorium für die Forschung an Nanotechnologien, bis die möglichen Risiken abschliessend 

geklärt sind. 


Kennzeichnung 

Eine Kennzeichnung von Nanomaterialien in 

Konsumprodukten steht als Methode zur 

Debatte, um die Konsumentinnen und 

Konsumenten darüber zu informieren, welche 

Produkte Nanomaterialien enthalten. 

Grenzwerte 

Masse oder Oberfläche? 

Wie wir wissen, spielt bei 

Nanomaterialien viel mehr die 

Oberfläche als die Masse eine wichtige 

Rolle. 

Bei der toxikologischen Bewertung von 

Partikeln wurde bisher die Masse oder 

die Konzentration der Teilchen als 

ausschlaggebende Grösse 

herangezogen. Allerdings zeigt sich, 

dass diese Grösse für viele Nanopartikel 

nur bedingt geeignet ist, um ihre 

biologische Wirkung vorauszusagen. 


Grenzwerte spielen bei der Formulierung von Gesetzen, 

Vorschriften und Empfehlungen und in der 

Arbeitssicherheit eine wichtige Rolle. Grenzwerte geben 

Auskunft darüber, welche Konzentration eines Stoffes in 

der Umgebung nicht überschritten werden darf. 


Freiwillige Massnahmen 

In der Schweiz gibt es bis heute im Gegensatz zur 

EU keine Gesetze oder Verordnungen, welche 

wörtlich auf synthetische Nanomaterialien Bezug 

nehmen. Erst in einer zweiten Phase, wenn die 

nötigen Grundlagen vorliegen, will der Bundesrat 

nötigenfalls Anpassungen am gesetzlichen 

Regelwerk vornehmen. In der Zwischenzeit will der 

Bundesrat in erster Linie auf die 

Eigenverantwortung der Industrie setzen und 

freiwillige Massnahmen fördern. 

Weiterführende Infos siehe http://www.swissnanocube.ch/technologie-gesellschaft/ 

Grundlagenbericht zum Aktionsplan: 


http://www.bafu.admin.ch/publikationen/publikation/000 

58/index.html?lang=de&download=NHzLpZig7t,lnp6I0 

NTU042l2Z6ln1acy4Zn4Z2qZpnO2Yuq2Z6gpJCGdnt8 

gGym162dpYbUzd,Gpd6emK2Oz9aGodetmqaN19XI2I 

dvoaCVZ,s-.pdf 


3.9. ABU-Teil 4 –Lernkontrolle 

Ausgangslage 


Im „Hintergauer Tagblatt“ erschien kürzlich ein Artikel zum Thema Nanotechnologie. Wie Sie 

selber feststellen werden, finden sich im Text verschiedene Unwahrheiten. Ob diese durch 

unsorgfältige Recherchen entstanden sind oder absichtlich hineingepackt wurden, bleibe 

dahingestellt. 

Auftrag 1: 



Im Artikeltext sind 13 Unwahrheiten versteckt (ohne Titel und Lead). 

1. Lesen Sie den Artikel sorgfältig durch. 

2. Markieren Sie möglichst viele Fehler. 

3. Korrigieren Sie auf Blatt 2 die Aussagen. 

Gefahr durch Nanotechnologie – der Gesetzgeber schweigt! 

Die viel gepriesene Nanotechnologie, welche zukunftswesende Fortschritte für unsere Industrie 

und für uns Konsumenten bringen soll, ist bei weitem nicht so harmlos, wie uns von den 

Fachleuten weisgemacht wird. Unsere Recherchen haben erschreckende Tatsachen 

aufgedeckt. 

Bis heute setzen nur eine Handvoll Schweizer Unternehmen Nanomaterialien ein. Gott sei 

Dank, kann man da nur sagen. Die Arbeitskräfte, welche mit den gefährlichen Materialien 

hantieren müssen, werden nur durch billige Schutzmasken vor dem gefährlichen Staub 

geschützt. Die AHV, die für die Überwachung der Sicherheit an den Arbeitsplätzen zuständig 

ist, hat bisher noch nichts dagegen unternommen. Es ist offenbar nicht einmal bekannt, welcher 

Konzentration (gemessen in g/cm 3 ) die Arbeitnehmer an ihren Arbeitsplätzen ausgesetzt sind, 

wo doch schon Nostradamus erkannte, dass es bei der Giftigkeit eines Stoffes auf die Dosis 

ankommt. Man weiss heute auch, dass Nanopartikel ungehindert in den Zellkern vordringen 

können. Aufgrund ihrer grossen Masse besteht die Gefahr, dass die Partikel in unseren BMI 

eindringen und Krankheiten auslösen könnten. 

Was sagt da unser Gesetz dazu? Tatsache ist, dass es in unserem Rechtswirrwarr kein 

einziges Gesetz gibt, welches den Umgang mit Nanomaterialien regelt. Der Bundesrat sieht hier 

keinen Handlungsbedarf. Einziger Trost ist, dass auch in der EU die Anpassung des Rechts an 

die neue Technologie offenbar verschlafen wurde. Auch dort gibt es keinen Gesetzestext, in 

welchem das Wort „Nano“ erwähnt wird. 

Doch endlich regt sich Widerstand in der Bevölkerung. Technologie-Befürworter fordern ein 


geklärt sind. Bleibt zu hoffen, dass sie sich durchsetzen können. 


Korrekturvorschläge: 

1. 

2. 

3. 

4. 

5. 

6. 

7. 

8. 

9. 

10. 

11. 

12. 

13. 



Lösung 

Die Nanotechnologie gefährdet Menschen und Umwelt 


Die viel gepriesene Nanotechnologie, welche zukunftswesende Fortschritte für unsere Industrie 

und für uns Konsumenten bringen soll, ist bei weitem nicht so harmlos, wie uns von den 

Fachleuten weisgemacht wird. Unsere Recherchen haben erschreckende Tatsachen 

aufgedeckt. 

Bis heute setzen nur eine Handvoll [1] Schweizer Unternehmen Nanomaterialien ein. Gott sei 

Dank, kann man da nur sagen. Die Arbeitskräfte, welche mit den gefährlichen Materialien 

hantieren müssen, werden nur durch billige Schutzmasken [2] vor dem gefährlichen Staub 

geschützt. Die AHV [3] , die für die Überwachung der Sicherheit an den Arbeitsplätzen zuständig 

ist, hat bisher noch nichts [4] dagegen unternommen. Es ist offenbar nicht einmal bekannt [5] , 

welcher Konzentration (gemessen in g/cm 3 [6] ) die Arbeitnehmer an ihren Arbeitsplätzen 

ausgesetzt sind, wo doch schon Nostradamus [7] erkannte, dass es bei der Giftigkeit eines 

Stoffes auf die Dosis ankommt. Man weiss [8] heute auch, dass Nanopartikel ungehindert in den 

Zellkern vordringen können. Aufgrund ihrer grossen Masse [9] besteht die Gefahr, dass die 

Partikel in unseren BMI [10] eindringen und dort Krankheiten auslösen könnten. 

Was sagt da unser Gesetz dazu? Tatsache ist, dass es in unserem Rechtswirrwarr kein 

einziges Gesetz [11] gibt, welches den Umgang mit Nanomaterialien regelt. Der Bundesrat sieht 

hier keinen Handlungsbedarf. Einziger Trost ist, dass auch in der EU die Anpassung des 

Rechts an die neue Technologie offenbar verschlafen wurde. Auch dort gibt es keinen [12] 

Gesetzestext, in welchem das Wort „Nano“ erwähnt wird. 

Doch endlich regt sich Widerstand in der Bevölkerung. Technologie-Befürworter [13] fordern ein 


geklärt sind. Bleibt zu hoffen, dass sie sich durchsetzen können. 

1. In der Schweiz werden in fast 600 Unternehmen Nanopartikel eingesetzt. 

2. Die Arbeitskräfte sind u.a. durch „Glove boxes“ vor den Materialien geschützt. 

3. Für die Überwachung ist die Suva zuständig. 

4. Die Suva überwacht die Schutzmassnahmen. 

5. Mitarbeiter der Suva messen regelmässig die Arbeitsplatzkonzentration. 

6. Die Konzentration wird üblicherweise in mg/m 3 gemessen. 

7. Es war Paracelsus. 

8. Es ist noch nicht klar, ob Nanopartikel bis in den Zellkern vordringen können. 

9. Verantwortlich ist die grosse Oberfläche. 

10. Es ist nicht der BMI sondern die DNA. 

11. Die bestehenden Gesetze schliessen auch Nanomaterialien ein. 

12. In der EU gibt es Gesetze, die auf die Nanomaterialien Bezug nehmen. 

13. Das Moratorium wird von den Technologie-Gegnern gefordert. 


3.10. ABU-Teil 5 – Ergänzungsauftrag 



Ausgangslage 


Sie haben im Rahmen der Lernkontrolle den Zeitungsartikel gelesen und dabei 

Falschmeldungen gesucht und korrigiert. Nachdem Sie sich nun einige Kenntnisse im Gebiet 

der Nanotechnologie angeeignet haben, beschliessen Sie, die Sache nicht einfach auf sich 

beruhen zu lassen. Sie müssen Ihrem Unmut über den tendenziösen Artikel Luft machen. 

Auftrag 

Schreiben Sie der zuständigen Redaktion, welche den Artikel zu verantworten hat, einen Brief. 

Vorgaben: 

1. Achten Sie auf die korrekte Briefdarstellung. 

2. Beschränken Sie sich auf drei gefundene Fehler und korrigieren Sie die 

Aussagen. 

3. Begründen Sie, weshalb Sie den Brief schreiben. 

4. Bringen Sie Ihren Unmut bestimmt aber höflich zum Ausdruck. 

Quelle: http://deutschcd.blogspot.com

MEM-Modul - Swiss Nano Cube

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