Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at
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Einführung in die <strong>Nanoanalytik</strong><br />
Einführung in die<br />
<strong>Nanoanalytik</strong><br />
Einleitende Bemerkungen<br />
In einer zunehmenden Zahl von Industriesparten<br />
ist die Kontrolle <strong>der</strong> strukturellen und funktionellen<br />
Eigenschaften von neuen M<strong>at</strong>erialien auf <strong>der</strong> Nanometer-Skala<br />
<strong>der</strong> Schlüssel für technologischen<br />
Fortschritt und für die Öffnung neuer Märkte. Waren<br />
es zuerst Bereiche wie elektronische Bauelemente,<br />
Chemie und Photonik, erweitert sich das Feld<br />
nanostrukturierter M<strong>at</strong>erialien immer stärker in Bereiche<br />
wie Verbundm<strong>at</strong>erialien, pharmazeutische<br />
Produkte (Drug Carrier und Pflegemittel) sowie Lebensmittel<br />
(Functional Food). Gemeinsames Merkmal<br />
aller dieser Anwendungen sind die beson<strong>der</strong>en<br />
Struktur-Funktionsbeziehungen solcher Nanom<strong>at</strong>erialien.<br />
Um diese verstehen zu können, sind vor<br />
allem Strukturuntersuchungsmethoden, aber auch<br />
Wechselwirkungsstudien zwischen kleinsten Teilchen<br />
von großer Bedeutung. Auf Grund <strong>der</strong> Kleinheit<br />
<strong>der</strong> Strukturen sind zum Teil aufwändige und komplexe<br />
Analysenverfahren erfor<strong>der</strong>lich, die außerdem<br />
je nach Fragestellung sehr unterschiedliche Techniken<br />
zum Eins<strong>at</strong>z bringen müssen. Um sowohl in <strong>der</strong><br />
Grundlagenforschung als auch in <strong>der</strong> industriellen<br />
Anwendung auf intern<strong>at</strong>ionalem Niveau mithalten zu<br />
können, ist ein umfangreiches Know-how auf dem<br />
Gebiet <strong>der</strong> <strong>Nanoanalytik</strong> unerlässlich. Es sei hier<br />
betont, dass <strong>der</strong> Begriff <strong>Nanoanalytik</strong> ein vielschichtiger<br />
ist: er umfasst u.a. die Analyse räumlicher und<br />
flächenhafter Strukturen im Nanometerbereich, die<br />
Erfassung <strong>der</strong> Wechselwirkung und Dynamik von<br />
Nanopartikeln, Elementanalysen mit Nanometerauflösung<br />
sowie die Verwendung nano-strukturierter<br />
Systeme für spezielle Analyseaufgaben.<br />
Nanoanalytische Fragestellungen<br />
Es gibt <strong>der</strong>zeit kaum ein Gebiet <strong>der</strong> M<strong>at</strong>erialforschung,<br />
in dem <strong>Nanoanalytik</strong> nicht von zentraler<br />
Bedeutung wäre. Festkörper sind vermutlich das<br />
erste, was einem im Zusammenhang mit M<strong>at</strong>erialien<br />
in den Sinn kommt. Bereits hier gibt es eine<br />
Vielzahl von Erscheinungsformen und Charakterisierungsverfahren.<br />
In kristallinen Proben gibt es<br />
sowohl im Inneren, <strong>der</strong> „Bulk-Phase“, als auch an<br />
<strong>der</strong> Oberfläche Nanostrukturen wie Versetzungen,<br />
Fehlstellen, Einschlüsse, Inselbildung etc. Vieles<br />
davon wird in zunehmendem Maße zur Verän<strong>der</strong>ung<br />
bzw. Verbesserung <strong>der</strong> M<strong>at</strong>erialeigenschaften<br />
gezielt eingesetzt. Diese erfor<strong>der</strong>t die Kontrolle<br />
des Prozesses, sein Verstehen und die Charakterisierung<br />
des Endprodukts. Daraus ergibt sich<br />
eine Vielzahl benötigter Verfahren bzw. Methoden.<br />
Aber auch amorphe Festkörper und glasartige M<strong>at</strong>erialen<br />
nehmen immer mehr an Bedeutung zu. Als<br />
Grundstoffe kommen dabei nicht nur anorganische<br />
Stoffe in Betracht, son<strong>der</strong>n in zunehmendem Maße<br />
auch Polymere, bio-organische Rohstoffe und<br />
Mischsysteme. Gele und komplexe fluide Systeme<br />
haben einen weiten Anwendungsbereich in <strong>der</strong><br />
Keramikindustrie, <strong>der</strong> Erdölwirtschaft, in <strong>der</strong> pharmazeutischen<br />
Industrie und im Bereich funktioneller<br />
Lebensmittel. Aber auch im Gaszustand sind nanostrukturierte<br />
Systeme von Bedeutung: die Rußpartikel,<br />
die bei <strong>der</strong> Verbrennung entstehen – insbeson<strong>der</strong>e<br />
im Kraftfahrzeug, wie z.B. Dieselruß –,<br />
sind Nanostrukturen und stellen durch ihre kleinen<br />
Dimensionen (Feinstaub !) auch ein beson<strong>der</strong>es<br />
Gesundheitsrisiko dar.<br />
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<strong>Handbuch</strong> <strong>der</strong> <strong>Nanoanalytik</strong> <strong>Steiermark</strong> <strong>2005</strong><br />
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