MEM-Modul - Swiss Nano Cube

2.8. BKU-Teil 4 – Nanomaterialien (Begleitinformation)
Folie 1
Was ist ein Nanomaterial?
MEM-Modul / Gesamtversion
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.
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