Vorstoß der Werkstoffwissenschaft in die Nano-Welt

Zusammenfassung

Der Weg in die Nanotechnologie wurde bereits vor über 50 Jahren vorhergesagt. Realität wurde sie gegen Ende des vorigen Jahrhunderts als man Kohlenstoffteilchen entdeckte und herstellte, die nur wenige Nanometer groß sind: Fullerene und Nanoröhrchen. Es wurden Geräte entwickelt, mit denen Werkstoffforscher bis in diese Dimension vorgedrungen sind und sogar einzelne Atome damit nicht nur sehen, sondern sogar manipulieren konnten: Elektronen- und andere Mikroskope. Es ist fraglich, ob bei der Wärdigung ihrer Entwicklung jeder zu Ehren gekommen, dem sie gebührt. Die praktische Nutzung von Fullerenen, steht noch immer ziemlich am Anfang. Nanoröhrchen werden bereits auf vielfältige Weise eingesetzt. Von weit praktischerer Bedeutung sind andere Nanopartikel: Pulver aus verschiedenen Materialien. Die kleinsten bekannten Nanopartikel bestehen aus nur etwa 10⁴ Atomen, sogenannte Quantenpunkte. Damit hofft man, extrem leistungsfähige Computer herstellen zu können. Die Nanotechnologie hat Chancen eröffnet, aber auch Bedenken geweckt, denen Wissenschaftler nachgehen. Nanopartikel können im Körper Zellmembranen und die Barriere durchdringen, die das Gehirn vor Krankheitserregern schützt. Materialien sind hierarchisch aufgebaut. Werkstoffforscher arbeiten nun daran, Materialstrukturen über alle Dimensionsebenen hinweg quantitativ zu modellieren und ihr Verhalten zu simulieren, um Werkstoffe mit neuen Eigenschaften vorhersagen zu können. Das ist eine neue methodische Säule der Werkstoffforschung: Die Computational Materials Science. Sie kann auch der kombinatorischen Materialforschung zum Durchbruch verhelfen, die bekannte Ausgangsstoffe miteinander kombiniert und schnell Kombinationen selektiert, aus denen ein Material mit definierten Eigenschaften entwickelt werden kann.