Das A und O von Nano

Klaus Taschwer | aus HEUREKA 3/04 vom 09.12.2004

Die wichtigsten Personen, Begriffe, Produkte und Werkzeuge der Nanowissenschaften von A wie Assembler bis T wie Tunneleffekt

Assembler Noch nicht existierende Nanomaschine oder Nanofabrik, die Atome und Moleküle in beliebiger Struktur zusammenbauen kann. Unter Nanoforschern ist umstritten, ob man je Assembler wird herstellen können, die nach den Vorstellungen von Eric ' Drexler beliebige Gegenstände ' Bottom-up produzieren.

Binnig, Gerd, Physiker, *Frankfurt a.M. 1947; seit 1978 am IBM-Forschungslaboratorium in Rüschlikon (bei Zürich). Entwickelte mit seinem Schweizer Kollegen Heinrich Rohrer 1981 das ' Rastertunnelmikroskop, das erste echte Werkzeug der Nanotechnik. B. erhielt mit Rohrer und Ernst Ruska, dem Erfinder des Elektronenmikroskops, 1986 den Nobelpreis für Physik. B. baute 1987 außerdem das erste ' Kraftmikroskop.

Bottom-up (engl. "von unten nach oben") Komplementär zur ' Top-down-Strategie der zweite Zugang in die Nanowelt. Beim B.-Ansatz werden bzw. würden - wie bei ' Assemblern - aus atomaren oder molekularen Bausteinen komplexe Strukturen gebaut. Eine brauchbare B.-Technologie wäre der große Durchbruch.

Buckyball, Abk. für Buckminsterfulleren, ein 1985 in seiner wahren Bedeutung erkanntes, künstlich hergestelltes Kohlenstoffmolekül von 0,6 nm Größe und kugelförmiger Gestalt. Ein B. besteht aus sechzig käfigartig miteinander verbundenen Kohlenstoffatomen, die - ähnlich wie bei einem Fußball - in Fünf- bzw. Sechsecken angeordnet sind; vgl. ' Fullerene.

Cantilever Bezeichnung für den Hebel eines ' Kraftmikroskops, vergleichbar mit dem Arm eines Plattenspielers.

Converging Technologies Zusammenwachsen der Bereiche Nano-, Bio- und Informationstechnologie sowie der Cognitive Sciences (abgekürzt: NBIC) zu einem neuen mächtigen Forschungsbereich, der kaum absehbare neue Möglichkeiten und Risiken birgt. Zu den Protagonisten der CT zählen Eric ' Drexler und der Forschungslobbyist Mihail Roco, einer ihrer prominentesten Kritiker ist der Computerwissenschaftler Bill Joy (vgl. S. 22f.).

Drexler, K. Eric, Nano-Pionier und Buchautor, *Alameda, USA, 1955. Promovierte 1991 am MIT bei Marvin Minsky über molekulare Nanotechnologie, gründete 1986 in Palo Alto das Foresight Institute, das sich mit den möglichen Auswirkungen der Nanotechnologie beschäftigt. Zu seinen Büchern zählen die visionären Werke "Engines of Creation" (1986) und "Nanosystems" (1991).

Fullerene Wegen ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften in den Nanowissenschaften hoch im Kurs stehende Kohlenstoffmoleküle, deren Atome - ähnlich wie bei einem Fußball - in Fünf- bzw. Sechsecken angeordnet sind. Das kleinste F. ist das instabile C20-Molekül, das bekannteste das C60-Molekül, auch ' Buckyball genannt. F. eignen sich unter anderem als ideale Kugellager zwischen ultrapolierten Oberflächen (vgl. auch ' Nanoröhrchen).

Grey Goo (engl. "grauer Schleim") Hypothetischer GAU der molekularen Nanotechnik. ' Replikatoren würden "Amok laufen" und in großer Geschwindigkeit Biomasse zersetzen, um daraus Kopien ihrer selbst herzustellen und so in Windeseile die gesamte Erdoberfläche in grauen Schleim verwandeln. Erstmals in Eric ' Drexlers Buch "Engines of Creation" (1986) als apokalyptisches Szenario beschrieben (vgl. auch ' Prey).

Kolloide Stoffe, die feinverteilt mit Teilchengrößen zwischen einem und hundert Nanometern in Dispersionsfarben, wasserverdünnbaren Lacken und wässrigen Druckfarben eingesetzt werden.

Kraftmikroskop (vgl. S. 10 ff.)Von Gerd Binnig konstruierte Weiterentwicklung des ' Rastertunnelmikroskops zur Abtastung von Oberflächen im Nanometerbereich. Dabei wird eine an einer mikroskopisch kleinen Blattfeder befestigte Nadel (' Cantilever) zeilenweise über die Oberfläche geführt. Durch die Struktur der Oberfläche wird die Blattfeder verbogen - was wiederum mit optischen Sensoren gemessen werden kann.

Lotus-Effekt Benannt nach der Lotuspflanze, die in Asien aufgrund der Sauberkeit ihrer schildförmigen Blätter als Symbol der Reinheit gilt. Wasser, aber auch Superkleber perlt ab wie von einer heißen Herdplatte und reißt dabei Staub und Schmutz mit. Der deutsche Botanikprofessor Wilhelm Barthlott fand heraus, dass dieser physikalische Effekt auf der besonderen Oberflächenstruktur beruht, die im Nanobereich rau ist und die Kontaktfläche zwischen Wassertropfen und Blatt auf rund drei Prozent minimiert. Barthlott machte den Effekt auch technisch nutzbar und entwickelte selbstreinigende Oberflächen.

Nano... [lat. nanus und griech. nanos "Zwerg"], Vorsatzzeichen n, bezeichnet ein Milliardstel einer Einheit oder 10-9.

Nanometer Ein N. = 1nm = 10-9m, oder in anderen, anschaulicheren Worten: ein Achtzigtausendstel der Breite eines Haares. Der Bereich der Nanowissenschaften und der Nanotechnik beginnt bei Größenordungen unter 100 nm.

Nanoröhrchen Riesenmolekül aus Kohlenstoff, das 1991 vom japanischen Forscher Sumio Iijima in seiner Bedeutung entdeckt wurde und als das Wunderding der Nanotechnologie gilt. In der Röhrenwand von N. (engl.: nanotubes) sind Kohlenstoffmoleküle - ähnlich wie bei Graphit - in einem gleichmäßigen Sechseckmuster angeordnet. N. sind eine höchst originelle Variante der ' Fullerene, einwandige N. haben einen Durchmesser von 1nm und ganz besondere Eigenschaften: Sie sind je nach Ausrichtung des Musters elektrisch leitend oder halbleitend, sie sind zehnmal steifer als Stahl und haben die höchste Wärmeleitfähigkeit überhaupt.

Prey Titel eines 2002 erschienenen, umstrittenen Thrillers von Michael Crichton. P. (dt.: "Beute") beschreibt, wie Schwärme künstlicher Nanomaschinen, die von einem Laboratorium in der Wüste von Nevada zu Versuchszwecken freigesetzt werden, sich verselbstständigen, völlig außer Kontrolle geraten und schließlich Jagd auf Menschen machen. Der wissenschaftlich über weite Strecken unhaltbare Science-Fiction-Bestseller hat das Image der Nanotechnologie nicht unbedingt verbessert.

Quantenpunkt Freie Partikeln oder in Halbleiter eingebettete Inseln, die zwischen zwei und zwanzig Nanometer groß sind und sich wie künstliche Atome verhalten. Mögliche Anwendungen als elektronische Bauteile, für optische Schalter und Computer, die mit Licht statt mit Strom operieren.

Rastertunnelmikroskop Von Gerd ' Binnig und Heinrich Rohrer Anfang der Achtzigerjahre entwickeltes Mikroskop zur Abtastung von Oberflächen auf der Nanometerskala, das atomare Abbildungen ermöglicht. Rastertunnelmikroskope und ' Kraftmikroskope nennt man auch Rastersonden; sie sind zu den Universalwerkzeugen der Nanotechnologie geworden.

Replikator Bislang nur in der Science-Fiction existierender ' Assembler, der Kopien seiner selbst herstellen kann.

Titandioxid (TiO2) T.-Partikeln werden in Normalgröße (300 bis 500nm) als Weißpigment genützt, in der Wandfarbe und sogar als Lebensmittelzusatz (E171). In Zwergenausführung (2 bis 5nm) sind sie durchsichtig, wirken unter anderem als physikalische Barriere gegen UV-Strahlung und werden in dieser Form als Bestandteil von Sonnencremes eingesetzt.

Top-down [engl. "von oben nach unten"] Das Gebiet der Nanotechnologie wurde vor allem T. durch die ständige Verfeinerung der Herstellungsmethoden der Mikroelektronik bzw. Lithografietechniken erschlossen, die zu immer kleineren Strukturen führten (vgl. ' Bottom-up).

Tunneleffekt Wie die meisten Effekte der Nanowelt, so hat auch der T. keine Entsprechung im Makrokosmos. Der T. beruht auf der Entdeckung der Quantenmechanik und besteht darin, dass Elementarteilchen durch eine Energiebarriere hindurchgelangen und sie gleichermaßen "tunneln" können. Wichtigste Anwendung: das ' Rastertunnelmikroskop.

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