Nanotechnologie für Dummies

Ob in der Chemie, Physik, Biologie, Medizin, Pharmazie oder den Materialwissenschaften: Die Nanotechnologie ist überall vertreten und gilt als Forschungsfeld der Zukunft. Schon heute verstecken sich in unserem Alltag viele nanotechnologische Anwendungen und ihre Zahl wächst ständig. Dank »Nanotechnologie für Dummies« erfahren Sie, wie Nanomaterialien erforscht und genutzt werden, welche Anwendungen in Zukunft möglich sein könnten und wie sogar die Umwelt von der Nanotechnologie profitieren kann. Die Autoren erläutern dabei alles leicht verständlich und lassen auch mögliche Risiken nicht außen vor. So lernen Sie alles, was Sie über dieses Trendthema wissen sollten.

Autorentext
Earl Boysen ist der Gründer von UnderstandingNano.com und hat über 20 Jahre als Ingenieur in der Halbleiter-Industrie gearbeitet. Nancy Boysen hat mehr als 60 Bücher über Technik geschrieben und betreibt die Website TechSmartSenior.

Inhalt
Widmung 7 Über die Autoren 9

Danksagung der Autoren 9

Über die Übersetzer 9

Einleitung 21

Über dieses Buch 21

Törichte Annahmen 21

Wie dieses Buch aufgebaut ist 22

Teil I: Grundlagen der Nanotechnologie 22

Teil II: Anwendungen der Nanotechnologie 22

Teil III: Die Nanotechnologie und die Menschen 22

Teil IV: Der Top-Ten-Teil 23

Glossar 23

In diesem Buch verwendete Symbole 23

Wie es weitergeht 23

Teil I Grundlagen der Nanotechnologie 25

Kapitel 1 Einführung in die Konzepte der Nanotechnologie 27

Was ist überhaupt Nanotechnologie? 27

Eine genaue Definition geben 27

Vor der Nanotechnologie war das Atom 29

Sich der Nanotechnologie von oben und unten nähern 31

Verstehen, wie die Nanotechnologie die Dinge verändert 32

Reaktionen mit anderen Elementen 32

Die Farbe ändern/Veränderliche Farbe 33

Bei niedrigeren Temperaturen schmelzen/Niedriger Schmelzpunkt 33

Nano ist überall 34

Nanotechnologie in unterschiedlichen Feldern 34

Tipps von Arbeitsgruppen 35

Kapitel 2 Wer macht was? 37

Die Entwicklung der Nanotechnologie verstehen 37

Die Zeitachse betrachten 37

Augen auf im Nanometerbereich 38

Die Einführung der Nanophysik in die Welt: Richard Feynmans Rolle 38

Die Rolle des Rastertunnelmikroskops 39

Buckyballs verfolgen 40

Daumen hoch für »Bottom-up-Methode« 41

Die Entdeckung der Nanoröhrchen 41

Die Rolle der Behörden und Ministerien 43

Das derzeitige Feld der Nanotechnologie 44

Staatliche Unterstützung 44

Der Gesundheitsbereich 45

Geld verdienen: Die Rolle von Firmen bei der Entwicklung der Nanotechnologie 45

Die Arbeitskräfte ausbilden 46

Die internationale Entwicklung in der Nanotechnologie 46

Den heutigen Stand und den zukünftigen Weg der Nanotechnologie verstehen 47

Heutige Produkte der Nanotechnologie 47

Produkte und Verfahren, die noch in der Entwicklung sind 48

Luftschlösser bauen 49

Kapitel 3 Grundbausteine: Nanomaterialien 51

Materialien auf Kohlenstoffbasis 51

Buckyballs 52

Kohlenstoff-Nanoröhrchen 53

Graphen 56

Diamantoide: Diamantartige Materialien 58

Auf dem zweiten Platz: Nanopartikel ohne Kohlenstoff 59

Eisen und Eisenoxid 59

Platin 61

Gold 61

Siliziumdioxid 63

Silber 63

Nanopartikel aus Titandioxid 64

Silizium 65

Palladium 67

Neodym 68

Bor 68

Bornitrid 69

Die Suche nach Nanopartikeln 71

Kapitel 4 Geräte zum Arbeiten mit Nanopartikeln 73

Objekte im Nanometermaßstab betrachten 73

Elektronenmikroskop 73

Rasterkraftmikroskopie (AFM) 76

Molekulare Fingerabdrücke in der optischen Spektroskopie 77

Atome und Moleküle beeinflussen 78

Atome mit dem Rastertunnelmikroskop bewegen 78

Molekül-Zusammenbauer 80

Nanoroboter 81

Herstellung von Computerchipbestandteilen im Nanometermaßstab 83

Mit der Nanolithografie Strukturen schreiben 83

Strukturen für Forscher schreiben: Die Dip-pen-Nanotechnologie 85

Elektronenstrahllithografie 86

Systeme zur Erzeugung von Nanopartikeln 86

Kapitel 5 Die Nanotechnologie an die Arbeit schicken 91

Die Größe von Dingen ändern 91

Den Oberflächenbereich maximieren 91

Verringerung der Größe von Poren in Materialien 92

Materialeigenschaften verändern 94

Die Grundlagen der Funktionalisierung 94

Nanoverbundwerkstoffe herstellen 96

Anpassung der Struktur von Beschichtungen und dünnen Filmen 97

Selbstorganisierende Anordnung: Nanopartikel, die ihre eigenen Anordnungen einnehmen 97

Mechanosynthese 99

NEMS verwenden, um mit Apparaten im Nanometermaßstab zu arbeiten 102

Nanopartikel in Materialien einbauen 103

Nanoröhrchen in Drähte und Kabel verspinnen 103

Nanopartikel in Fasern einarbeiten 104

Teil II Anwendungen der Nanotechnologie 105

Kapitel 6 Elektronik im Nanometermaßstab 107

Mit Computerchips arbeiten 107

Kleinere Chips herstellen 108

Dinge mit FETs schalten 108

Transistoren aneinanderreihen 111

Speicherkapazitäten verbessern 111

Speichern mit einem Flash 112

Speicherelemente mit Memristoren bauen 113

Nickel einsetzen 113

Siliziumdioxid-Sandwiches verwenden 113

Magnetisierend 114

Verbindungen durch Licht herstellen 114

Displays verbessern 116

Nanodrähte in organischen Leuchtdioden verwenden 116

Displays biegsam machen 116

Den Leistungsverbrauch von Bildschirmen senken 117

Die Emissionen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwenden 118

Die Vorteile von Quantenpunkten ausnutzen 118

Alle Arten von Dingen mit Nanosensoren aufspüren 118

Das Potenzial von Nanosensoren gründlich betrachten 119

Wie Nanosensoren das machen, was sie machen 119

NEMS 122

Kapitel 7 Nanotechnologie in Ihrem Haus und Ihrem Auto 123

Festere Baustoffe herstellen 123

Fenster isolieren 123

Herstellung dünnerer Wände, die die Wärme halten 124

Versorgung des Hauses mit günstigen Solarzellen 125

Hausverkleidungen mit Schichten im Nanometerbereich schützen 125

Wände keimfrei halten 126

Fliesen legen mit einem selbstnivellierenden Nanowerkstoff 127

Beton mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen dauerhafter machen 128

Glänzende Ideen: Nanotechnologie und Elektronik 128

Reinigen mit der Nanotechnologie 129

Die Verwendung der Nanotechnologie in Autos 130

Ihr Auto durch die Sonne aufladen 131

Elektroautos und Hybridfahrzeuge mit Energie versorgen 132

Die Möglichkeiten von Wasserstoffbrennstoffzellen begreifen 132

Die Lackierung glänzend erhalten 132

Die Fensterscheiben von Autos behandeln 133

Die Reifen überprüfen 134

Autos mit einem geringeren Gewicht herstellen 134

Kapitel 8 Nanotechnologie in Ihrem persönlichen Leben 137

Schnittigere Sportartikel 137

Tennisbälle sprunghafter machen 137

Leichtgewichtige und leistungsfähige Schläger herstellen 138

Auf zum Golf 138

... und mehr 139

Verbesserte Stoffe herstellen 139

Stoffe widerstandsfähig gegenüber Wasser und Schmutz machen 140

Stoffe herstellen, die Elektrizität erzeugen oder speichern 141

Wärmende Kleidung 142

Dank der Kleidung besser riechen 143

Stoffe mit einzigartiger Passform herstellen 143

Zum Nachtisch: Nahrungsmittel verbessern 144

Wie geht die Nahrungsmittelindustrie mit der Nanotechnologie um? 144

Nanomaterialien in der Verpackung von Lebensmitteln 145

Verunreinigungen entdecken 145

Die Eigenschaften von Nahrungsmitteln mit der Nanotechnologie ändern 146

Nanotechnologie beim Anbau von Lebensmitteln 147

Hautpflege, die Sie jung erhält 148

Vitamine und Nährstoffe für einen jugendlichen Schimmer 148

Der Jungbrunnen: Anti-Aging-Produkte 148

Sonnenmilch ohne das klebrige weiße Zeug h…