Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

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