Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
2 Allgemeines zur Nanotechnologie 4 Abb. 2.1: Eine Reise in die Nanowelt [Fut] .
2.1 Was ist Nanotechnologie? Größe von einen Nanometer. Somit könnte man die mittelalterlichen Glashersteller wie auch Einstein als Nanowissenschaftler bezeichnen. „Neu an der aktuellen gegenwärtigen Nanowissenschaft sind [jedoch] die energische Ausrichtung auf die gerade entstehende an- wendungsorientierte Technologie und die Entwicklung der dazu erforderlichen Werkzeuge“ [Bro06b, Seite 27]. Doch was verbirgt sich nun genau hinter dem Wort Nanotechnologie? Der über Jahre hinweg unklare Begriff Nanotechnologie wurde schließlich durch den Aus- schuss „National Nanotechnology Initiative“ wie folgt definiert: 1. „Die Nanotechnologie beinhaltet Forschung und technologische Entwicklung im Be- reich von 1 nm bis 100 nm. 2. Die Nanotechnologie erzeugt und bedient sich Strukturen, die aufgrund ihrer Größe völlig neue Eigenschaften aufweisen. 3. Die Nanotechnologie beruht auf der Fähigkeit, im atomaren Maßstab zu kontrollieren und zu manipulieren“ [Bro06b, Seite 27]. Ein Zitat von Mark Reed erscheint in diesem Zusammenhang ebenfalls interessant [Bro06b, Seite 27]: „Die physikalische Intuition versagt in der Nanowelt kläglich. . . . man beobachtet eine Anzahl ungewöhnlicher Effekte. Beispielsweise verhalten sich ganz gewöhnliche Elektronen in der Nanowelt seltsam: Es ist, als ob man Tennisbälle gegen eine geschlossene Garagentür wirft, und der Ball kommt auf der anderen Seite heraus.“ Dieses Zitat zeigt deutlich, dass die klassische Physik die Nanowelt nicht mehr beschreiben kann. Die physikalischen Gesetzmäßigkeiten unserer Alltagserfahrungen verlieren immer mehr an Bedeutung und andere Effekte haben einen immer größeren Stellenwert [Wau03, Seite 5]. So spielen beispielsweise in makroskopischen Systemen Gravitationskräfte eine bedeutende Rolle, während diese bei Systemen in Mikrometerabmessungen kaum mehr relevant sind. Hier dominieren die Wechselwirkungen zwischen den Oberflächenatomen. Ein weiterer wichtiger Unterschied besteht darin, dass die Anzahl der Oberflächenatome im Vergleich zu den Atomen in einem festen Volumen nicht mehr vernachlässigt werden darf. Hieraus ergeben sich vollkommen neue chemische sowie physikalische Eigenschaften, was auch im Folgenden beispielsweise dargestellt werden soll. 5
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2.1 Was ist <strong>Nanotechnologie</strong>?<br />
Größe von e<strong>in</strong>en Nanometer. Somit könnte man die mittelalterlichen Glashersteller wie<br />
auch E<strong>in</strong>ste<strong>in</strong> als Nanowissenschaftler bezeichnen. „Neu an <strong>der</strong> aktuellen gegenwärtigen<br />
Nanowissenschaft s<strong>in</strong>d [jedoch] die energische Ausrichtung auf die gerade entstehende an-<br />
wendungsorientierte Technologie und die Entwicklung <strong>der</strong> dazu erfor<strong>der</strong>lichen Werkzeuge“<br />
[Bro06b, Seite 27].<br />
Doch was verbirgt sich nun genau h<strong>in</strong>ter dem Wort <strong>Nanotechnologie</strong>?<br />
Der über Jahre h<strong>in</strong>weg unklare Begriff <strong>Nanotechnologie</strong> wurde schließlich durch den Aus-<br />
schuss „National Nanotechnology Initiative“ wie folgt def<strong>in</strong>iert:<br />
1. „Die <strong>Nanotechnologie</strong> be<strong>in</strong>haltet Forschung und technologische Entwicklung im Be-<br />
reich von 1 nm bis 100 nm.<br />
2. Die <strong>Nanotechnologie</strong> erzeugt und bedient sich Strukturen, die aufgrund ihrer Größe<br />
völlig neue Eigenschaften aufweisen.<br />
3. Die <strong>Nanotechnologie</strong> beruht auf <strong>der</strong> Fähigkeit, im atomaren Maßstab zu kontrollieren<br />
und zu manipulieren“ [Bro06b, Seite 27].<br />
E<strong>in</strong> Zitat von Mark Reed ersche<strong>in</strong>t <strong>in</strong> diesem Zusammenhang ebenfalls <strong>in</strong>teressant<br />
[Bro06b, Seite 27]:<br />
„Die physikalische Intuition versagt <strong>in</strong> <strong>der</strong> Nanowelt kläglich. . . . man beobachtet e<strong>in</strong>e<br />
Anzahl ungewöhnlicher Effekte. Beispielsweise verhalten sich ganz gewöhnliche Elektronen<br />
<strong>in</strong> <strong>der</strong> Nanowelt seltsam: Es ist, als ob man Tennisbälle gegen e<strong>in</strong>e geschlossene Garagentür<br />
wirft, und <strong>der</strong> Ball kommt auf <strong>der</strong> an<strong>der</strong>en Seite heraus.“<br />
Dieses Zitat zeigt deutlich, dass die klassische Physik die Nanowelt nicht mehr beschreiben<br />
kann. Die physikalischen Gesetzmäßigkeiten unserer Alltagserfahrungen verlieren immer<br />
mehr an Bedeutung und an<strong>der</strong>e Effekte haben e<strong>in</strong>en immer größeren Stellenwert [Wau03,<br />
Seite 5]. So spielen beispielsweise <strong>in</strong> makroskopischen Systemen Gravitationskräfte e<strong>in</strong>e<br />
bedeutende Rolle, während diese bei Systemen <strong>in</strong> Mikrometerabmessungen kaum mehr<br />
relevant s<strong>in</strong>d. Hier dom<strong>in</strong>ieren die Wechselwirkungen zwischen den Oberflächenatomen.<br />
E<strong>in</strong> weiterer wichtiger Unterschied besteht dar<strong>in</strong>, dass die Anzahl <strong>der</strong> Oberflächenatome<br />
im Vergleich zu den Atomen <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em festen Volumen nicht mehr vernachlässigt werden<br />
darf. Hieraus ergeben sich vollkommen neue chemische sowie physikalische Eigenschaften,<br />
was auch im Folgenden beispielsweise dargestellt werden soll.<br />
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