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Was sind Nanomaterialien?

Als Nanomaterialien werden neuartige künstlich hergestellte Nanopartikel bezeichnet. Unter dem Begriff Nanopartikel werden Partikel verstanden, deren Größe zumindest in einer Raumdimension im Nanometerbereich (10-9 Meter) liegt.

Nanopartikel entstehen zum einen unbeabsichtigt bei natürlichen und vor allem bei anthropogenen Verbrennungsprozessen und kommen z. B. in Kfz- und Industrieabgasen vor. Diese nanoskaligen Partikel werden auch als ultrafeine Partikel bezeichnet. Zum anderen werden in Industrie und Forschung Nanopartikel gezielt hergestellt, bearbeitet und verwendet, um bestimmte Eigenschaften zu erzeugen. Hier lässt sich zwischen den neuartigen synthetischen Nanopartikeln und Nanopartikeln, welche schon seit geraumer Zeit in großen Mengen hergestellt werden, unterscheiden. Ein Beispiel für die letztgenannten Nanopartikel ist TiO2, welches unter anderem als UV-Filter in Sonnenschutzcremes eingesetzt wird. Als Beispiele für neuartige synthetische Nanopartikel lassen sich unter anderen Nanoröhren, Fullerene und Quantenpunkte aufführen.

Bei der messtechnischen Erfassung von nanoskaligen (ultrafeinen) Partikeln in der Außenluft wird nicht unterschieden, ob die gesammelten Partikel beabsichtigt oder unbeabsichtigt entstanden sind. Es ist aber davon auszugehen, dass die unbeabsichtigt entstandenen Partikel den weit überwiegenden Anteil der nanoskaligen Partikel insgesamt darstellen.
Einen Überblick über die Einteilung von nanoskaligen Partikeln geben die Tabellen Klassifikation von Nanopartikeln und Kategorien von Nanomaterialien.

 

Glossar

Nanopartikel

Um die Verwendung des Begriffes „Nanopartikel“ zu regeln, wurde im November 2008 eine DIN-Norm (DIN CEN ISO IST 27687) erlassen. In dieser werden als Nanopartikel „Nanoobjekte mit allen drei Außenmaßen im Nanomaßstab“ definiert.
„Nanoobjekte mit ein oder zwei Außenmaßen im Nanobereich“ werden als Nanoplättchen oder als Nanofasern bezeichnet. In der Praxis wird diese Definition jedoch noch nicht häufig verwendet.

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Nanoröhren

Kohlenstoff-Nanoröhren ( Carbon Nano Tubes; CNT)  sind Röhren mit einem Durchmesser von 1 nm bis zu 50 nm und in der Regel einige Mikrometer lang, vereinzelt auch länger. CNT weisen eine faserförmige Gestalt auf. Kohlenstoff-Nanoröhren können einwandig ( Single Walled Carbon Nano Tube, SWCNT) oder mehrwandig ( Multi Walled Carbon Nano Tube, MWCNT), die Enden offen oder geschlossen sein, die Wand kann ein geschlossener Ring sein oder eine spiralförmige Struktur haben. CNT zeichnen sich durch eine besonders hohe Zugfestigkeit aus und sind je nach Struktur leitend, halbleitend oder sogar supraleitend. Sie werden unter anderen für die Transistorherstellung bei Computerchips verwandt und in der Display-Herstellung eingesetzt. Neben den Kohlenstoff-Nanoröhren gibt es noch Nanoröhren aus anderen Materialien.

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Fullerene

Als Fullerene werden sphärische Makromoleküle bezeichnet, die ausschließlich aus Kohlenstoffatomen bestehen. Besonders gut erforscht sind Fullerene in der Form C60, C70, C76, C80 etc. C60–Fullerene werden auch Buckminster-Fullerene oder Buckyballs genannt. Einen Einsatz findet das C60-Molekül z.B. in Anti-Aging-Cremes. Für Fullerene werden insbesondere medizinische Anwendungen erwartet.

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Quantenpunkte

Quantenpunkte (Quantum dots) sind kugelförmige Nanokristalle mit einem Durchmesser von ca. 1 nm bis zu 10 nm. Sie besitzen einen Kern mit einer kristallinen, metalloiden Struktur bzw. Zusammensetzung und eine Hülle, die den Kern schützt. Die gewünschte Bioaktivität wird durch die Ummantelung („Coating“) der Kernhülle erreicht. Quantenpunkte stellen u. a. die Grundlage für neue Lasersysteme dar.

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