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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Die Chancen der Nanotechnologie |
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| | | Die Nanotechnologie eröffnet der Technik die Welt der Atome und Moleküle. Im Maßstab von Millionstel Millimetern können molekulare Bausteine zu völlig neuen Werkstoffen entwickelt werden, so Günther Leising und Walter Papousek von der TU Graz. |
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Die zwei Grazer TU-Professoren leiten das Institut für Nanostrukturierte Materialien und Photonik von Joanneum Research. Einige Anwendungsbereiche der neuen Technologie sind bereits weit gediehen.
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Nanopartikel als verschleißfreie Werkstoffe |
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So werden Nanopartikel für wasserabweisende Beschichtungen, kratzfeste Oberflächen, beschlagfreie Fenster und verschleißfreie Werkstoffe bereits im industriellen Maßstab hergestellt.
Die Visionen reichen bis zur Herstellung von Nanorobotern, die in der menschlichen Blutbahn Stoffe ausschütten oder Gefäßablagerungen "abfräsen" können. Weltweit arbeiten Experten fieberhaft an der Entwicklung neuer Komponenten für diese molekularen Maschinen.
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Natur als Vorbild |
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"Die Eigenschaften eines Materials hängen nicht allein vom Molekül selbst ab", erklärt Leising den Grundsatz der Nanotechnologie. "Wichtig ist vor allem auch die Anordnung der Bausteine zueinander. Durch gezielte Eingriffe in diesen molekularen Aufbau lassen sich Materialien mit allen nur gewünschten physikalischen Eigenschaften maßschneidern".
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top-down und bottom-up
Während sich die ¿Top-down¿-Strategie, also das Manipulieren einzelner Atome und Moleküle nur für den Labormaßstab eignet, sehen die beiden Wissenschaftler in der Selbstaanordnung die größten Chancen für die industrielle Anwendung. Die Grundlage dieser so genannten ¿Bottom-up¿-Strategie: Setzt man erst einmal den richtigen Baustein auf das passende Substrat, dann ordnen sich die Moleküle nach dem Vorbild der Natur von selbst in den gewünschten Strukturen an ¿ und zwar nicht im elektronenmikroskopischen Maßstab, sondern großflächig. |
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Leiterbahnen wachsen eigenständig |
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Die größten Märkte für die nähere Zukunft liegen in der Telekommunikation und Mikroelektronik. Getreu dem Motto "kleiner, schneller, leistungsfähiger" werden dort die Bauelemente immer dichter auf Silizium-Chips gepackt ¿ die kleinsten Strukturen sind mit 0,2 Mikrometern bereits zwanzigmal dünner als ein menschliches Haar.
Trotz dieser extremen Miniaturisierung ist die Prozesstechnologie aber im wesentlichen gleich geblieben: Feinste Lagen verschiedenster Materialien werden übereinandergelegt und daraus die Halbleiterstrukturen herausgeätzt. Je kleiner aber die Strukturen, desto aufwendiger und teurer der Produktionsprozess.
Wenn es nach den Nanotechnologen geht, dann werden die Halbleiter-Bauelemente der Zukunft selbständig wachsen. Auf der Leiterplatte werden spezielle Nanoschichten aufgetragen, an denen sich die Kupferkomplexe in der Folge automatisch anordnen und Leiterbahnen in Nanodimensionen entstehen lassen.
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Rechnen mit Lichtgeschwindigkeit
Für Leising ist der Schritt von der Mikro- zur Nanoelektronik aber nur der Anfang: ¿Für die internetfähigen Handys der Zukunft sind die konventionellen Bauelemente nicht mehr geeignet. Mittelfristig wird also eine Hybridtechnologie, bestehend aus Hochfrequenz-Bauteilen und optischen Elementen notwendig werden¿. Licht wird dann nicht nur beim Transport sondern auch bei der Verarbeitung von Information eine wichtige Rolle spielen. Immer mehr elektronische Bauteile werden durch photonische Komponenten ersetzt werden, die Lichtinformationen ohne aufwendige Umwandlung verarbeiten können. |
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Fernziel der Nanotechnologen ist der optische Computer, der nicht mehr mit Elektronen sondern mit Photonen rechnet, also mit Lichtgeschwindigkeit.
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01.01.2010 |
