Arten und Formen von künstlichen Nanomaterialien

Die Definitionen, was ein Nanomaterial ist, sind vielfältig und oft vom jeweiligen Anwendungsbereich abhängig.
Grundsätzlich zählen zu den Nanomaterialien:

Nanoobjekte

Objekte, die in einer / zwei / drei Dimension(en) im Bereich von 1 - 100 nm vorliegen. Sie können als Fest- oder Hohlkörper in fester oder flüssiger Form vorkommen:

  • Nanopartikel: drei Dimensionen liegen zwischen 1 - 100 nm
  • Nanoröhrchen/-fasern/-stäbchen bzw. partikuläre Objekte: zwei Dimensionen liegen zwischen 1 - 100 nm
  • Nanoplättchen/-schichten: eine Dimension liegt zwischen 1 - 100 nm

Nanostrukturierte Materialien

Objekte mit inneren oder äußeren Strukturen im Bereich von 1 - 100 nm, die als Hohlräume in einem Festkörpermaterial eingegliedert sein können.

  • Nanoporen/-röhren
  • Nanoausleger/-schlitze
  • Agglomerate: irreversible Anhäufungen von Partikelteilchen, die nicht in einzelne Teilchen verteilt werden können
  • Aggregate: lockere, reversible Partikelanlagerungen, die sich aufgrund einer starken anziehenden Wechselwirkung der einzelnen Partikel untereinander bilden

Wie entstehen Nanomaterialien?

  • "Top down"- "Von groß nach klein": Durch Zerkleinerung mithilfe spezieller Mahlwerke können Nanomaterialien ausgehend von größeren Ausgangsstoffen in fester oder flüssiger Form hergestellt werden. Obwohl sich der Teilchendurchmesser auf diese Weise verkleinert, wird die Gesamtoberfläche stark vergrößert. Bei Goldpartikeln führt das beispielsweise zur Änderung der Farbe - die Teilchen sind nicht mehr golden, sondern purpurfarben.

  • "Bottom up"- "Von klein nach groß": Nanomaterialien werden meistens mit herkömmlichen chemischen und physikalischen Prozessen hergestellt, die zwar schon lange bekannt sind, aber oftmals weiterentwickelt wurden. Aufgrund der physikalischen Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen einzelnen Teilchen können sich kleinere Teilstücke - Moleküle oder auch einzelne Atome so anordnen, dass ein größeres "Nano-Objekt" mit den gewünschten Eigenschaften entsteht. Durch Beeinflussung von Faktoren wie Temperatur, Druck, Konzentration, etc. kann die Struktur dabei gezielt gelenkt werden. Aufgrund von "freiwilliger" (autonomer) Selbstanordnung können sich beispielsweise Kohlenstoffatome zu Kohlenstoff-Nanoröhrchen anordnen.

In welcher Form kommen Nanomaterialien vor?

Nanopartikel , die zur Kategorie der Nanoobjekte gehören, können von unterschiedlicher chemischer Verbindung sein. Entsprechend ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften können sie unterteilt werden in:

  • auf Kohlenstoff-basierend : z.B. Fullerene (sphärische Nanopartikel), Nanotubes (zylindrische Nanoröhrchen), Carbon Black (Industrieruß)
  • Metalloxide: z.B. Titandioxid (TiO2), Zinkoxid (ZnO), Aluminiumoxid (Al2O3)
  • Halbleiter z.B. Silizium (Si), Cadmium - Tellurit (CdTe)
  • Metalle z.B. Gold, Silber, Eisen, Kobalt

Neben Nanopartikeln aus chemischen Verbindungen gibt es auch Nanomaterialien, bestehend aus

Mit diesen Nanomaterialien ist es möglich Strukturen, Techniken und Systeme zu schaffen, deren neuen Eigenschaften und Funktionen ein großes Potenzial für viele unterschiedliche Anwendungen darstellen.

Was sind synthetische Nanopartikel?

Einen Überblick gibt das NanoTrust Dossier Nr. 2 (Mai 2008)

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Herstellungsverfahren von Nanopartikeln und Nanomaterialien

beschreibt das NanoTrust Dossier Nr. 6 (November 2008)

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Kohlenstoff-basierende Nanopartikel - Teil I

Grundlagen, Herstellung, Anwendung werden im NanoTrust Dossier Nr. 22 (März 2011) beschrieben

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Kohlenstoff-basierende Nanopartikel - Teil II

Risiken und Regulierung werden im NanoTrust Dossier Nr. 24 (Mai 2011) beschrieben

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