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Was ist Nanotechnologie?

Lego ohne Boxhandschuhe

Annehmlichkeiten der Technik wie Autos, Fernseher oder Kühlschränke sind aus unserem Leben heute kaum mehr wegzudenken. Doch um sie herzustellen benötigen wir in der Regel große Fabriken, gewaltige Mengen an Energie und Rohstoffen und meist einen langwierigen, vielschrittigen Herstellungsprozess. Am Ende erhalten wir auf diese Weise unser fertiges Produkt, aber gleichzeitig auch eine ganze Reihe von unerwünschten und umweltschädlichen Abfällen.

Für den Nanotechnologiepionier Ralph Merkle gleichen die heutigen Produktionsmethoden daher dem Versuch, mit Boxhandschuhen Bauwerke aus Legosteinen zu errichten: „Du kannst die Legosteine auf einen großen Haufen schieben und sie vielleicht sogar auftürmen, aber du kannst sie nicht genau so zusammenfügen, wie du es möchtest.“ Selbst bei der Herstellung von winzigen, nur wenige hundert Atome breiten Leiterbahnen auf Computerchips werden über aufwändige elektrochemische Synthesewege noch gewaltige Herden von Atomen indirekt und entsprechend ungenau hin und her bewegt.

Doch die Nanotechnologie, so umschreibt es Merkle, könnte uns dieser „Boxhandschuhe“ entledigen. Dann nämlich, wenn wir Werkzeuge nutzen, die selbst nicht viel größer als Atome sind und so eine direkte Manipulation dieser Materiebausteine erlauben. Ohne großen Aufwand könnten wir so direkt zum jeweils gewünschten Endprodukt gelangen – einfach durch gezieltes Aufeinander- und Aneinandersetzen unserer „Legosteine“.

Diese Konstruktion von Materialien oder Gegenständen aus ihren einzelnen Atomen mithilfe von physikalischer oder chemischer Manipulation wird heute auch als „Bottom-Up“-Ansatz bezeichnet. Wissenschaftler können dank moderner technischer Hilfsmittel wie dem Rastertunnel- oder dem Rasterkraftmikroskop mittlerweile tatsächlich einzelne Atome bewegen und beispielsweise gezielt auf einer Oberfläche absetzen.

Weltbekannt wurde hier das Experiment von Forschern des Computerherstellers IBM, die in den 1980er Jahren mithilfe eines Rastertunnelmikroskops das Logo ihres Unternehmens aus 35 einzelnen Xenonatomen „schrieben“. Ähnliches realisierten später auch NASA-Wissenschaftler mithilfe eines Rasterkraftmikroskops:

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Doch das Spiel mit den Atomen ist nur eine der beiden möglichen Strategien in der Nanotechnologie. Einen ganz anderen Weg geht der „Top-Down“-Ansatz. Er verfolgt das Ziel, bereits existierende Geräte oder Bauteile einfach immer kleiner zu machen, bis sie irgendwann auch im Nanomaßstab erzeugt werden können. Ein typisches Beispiel dafür ist die Miniaturisierung der Computerchips, die inzwischen durch immer ausgefeiltere und genauere Herstellungsmethoden Transistorgrößen von nur noch 250 Nanometern erreichen.

Allerdings, um der offiziellen Definition der Nanotechnologie zu genügen, sind diese Transistoren noch immer etwas zu groß: „Nanotechnologie ist die Forschung und Technologieentwicklung auf der atomaren, molekularen oder makromolekularen Ebene in einer Größenordnung von einem bis 100 Nanometern. Sie hat zum Ziel, die Phänomene und Materialien im Nanobereich zu verstehen und Strukturen, Geräte und Systeme zu schaffen und zu nutzen, die aufgrund ihrer geringen Größe neue Eigenschaften und Funktionen besitzen.“

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Stand: 21.05.2003

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Nanotechnologie
Baukastenspiele im Reich des Allerkleinsten

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

"Dort unten ist noch viel Raum"
Auf dem Weg ins Nano-Zeitalter

Zoom aufs Atom
Wie klein ist Nano?

Lego ohne Boxhandschuhe
Was ist Nanotechnologie?

Sonnencremes und Lotusfarben
Welche Nanoanwendungen gibt es bereits?

Hürdenlauf im Reich der Röhrchen
Hoffnungsträger Nanotubes

Baukastenspiele im Nanoformat
Von Nanogetrieben, Taschenlampen und Transistoren

Nano goes Nature
Biomoleküle in der Nanotechnologie

Schöne neue Nanowelt?
Die Zukunftsvisionen der Nanotechnologen

Zwischen Euphorie und Panikmache
Nanotechnologie in der öffentlichen Diskussion

Eine Rede machte den Anfang...
Ausgewählte Meilensteine der Nanotechnologie

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