Nanotechnik als Zusammenspiel vieler Wissenschaften

Nanotechnologie ist eigentlich ein Sammelbegriff, der mehrere Forschungszweige einschließt. Den Forschungsgebieten liegen dabei sogenannte Nanoteilchen zugrunde. Das sind atomare Teilchen, die eine Größe von maximal 100 Nanometern aufweisen. Ein Nanometer ist der milliardste Teil eines Meters. Mathematisch betrachtet hat ein Nanoteilchen einen Durchmesser von 10⁻⁹ Meter. In diesem Größenbereich überwiegen die Oberflächeneigenschaften eines Teilchens und nicht sein Volumen. Aus diesem Grund kommen hier auch quantenphysikalische Eigenschaften der Materie zum Tragen.

Die Rolle der Physik

In der Nanotechnologie spielt die Quantenphysik eine entscheidende Rolle. Die Quantenphysik beschreibt Phänomene, die nur in der Welt der kleinsten Teilchen auftreten und die sich von der konventionellen Physik deutlich unterscheiden. Entdeckt wurden die Gesetze der Quantenphysik vom österreichischen Physiker Erwin Schrödinger. Er entwarf einen hypothetischen Apparat, der eine Katze genau zu jenem Zeitpunkt tötet, in dem ein Kohlenstoffatom zerfällt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Katze tot und zugleich lebendig. Die Welt der Quantenphysik zu verstehen ist relativ schwierig. Manche Physiker sind der Meinung, wer die Quantenphysik versteht, hat sie nicht verstanden. Dennoch können quantendynamische Vorgänge in der Nanowelt beobachtet werden. Die daraus resultierenden Effekte werden in der Lasertechnik, der Elektronenmikroskopie oder eben der Nanotechnologie genutzt.

Die Rolle der Chemie

Materie besteht bekanntlich aus Atomen. Die Anordnung und die Struktur dieser Atome werden im Wissenschaftszweig der Chemie dargestellt. Deshalb spielt auch die Chemie eine wichtige Rolle in der Nanotechnik. Sie wird in diesem Zusammenhang auch oft als Nanochemie bezeichnet. Die Nanochemie beschäftigt sich mit der chemischen Eigenschaft von Materie. Die Methoden der Nanochemie ermöglichen es, bestimmte Materialien herzustellen, wie beispielsweise Graphén oder Fullurene.

Graphén sind modifizierte Kohlenstoffatome, die spezielle elektronische Eigenschaften aufweisen und überdies eine hohe Zugfestigkeit und große Elastizität haben. Graphén wird in erster Linie in der Halbleiterindustrie eingesetzt.

Fullurene sind ebenfalls modifizierte Kohlenstoffatome. Sie sind charakteristisch in Fünfecken oder sechseckiger Form strukturell angeordnet. Aus diesem Grund werden diese Moleküle auch Fußballmoleküle genannt. Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften werden Fullurene vor allem für die Herstellung von kosmetischen Produkten verwendet.

Die Rolle der Medizin

Auch in der Medizin haben Nanoteilchen inzwischen eine große Bedeutung gewonnen. Nanopartikel werden heute verwendet, um damit bestimmte Krankheiten zu heilen. Aber auch im gentechnischen Bereich spielen Nanoteilchen eine immer größere Rolle. Die Struktur von DNA-Strängen kann damit beispielsweise dreidimensional dargestellt werden. Hier spielt die Nanotechnik auch in die Bereiche der Biophysik und Biochemie hinein. Wegen ihrer vielseitigen Verflechtung mit anderen Wissenschaften wird die Nanotechnologie auch als konvergente Technik bezeichnet. Viele Wissenschaften bedienen sich nanotechnologischer Methoden, um Vorgänge zu analysieren und zu studieren. Allerdings werden beim Einsatz der Nanotechnologie auch kritische Stimmen laut. Das Wissen über die quantenmechanischen Vorgänge in der Materie ist noch lange nicht vollständig und man weiß nicht, welche konkreten negativen Auswirkungen die Nanotechnik auf Mensch und Natur hat.

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