Lehrgebiet "Nanotechnologie und Oberflächentechnik“ in der Fakultät Werkstofftechnik

Prof. Dr.-Ing. Markus Hornfeck

Schönheit im Detail
Die Teilchen, um die es in der Nanotechnologie geht, sind nur ein paar Millionstel Millimeter groß. Die Nähe zu atomaren Dimensionen und die riesige spezifische Oberfläche der Partikel eröffnen ein Spektrum neuer Eigenschaften und erfordern einen völlig neuen Umgang mit dem Material.
Die Natur liefert die Vorbilder für Nanostrukturen. Zum Beispiel erreicht der Schmetterlingsflügel durch eine filigrane Gerüststruktur im Nanometerbereich hohe Festigkeiten bei geringstem Gewicht.


Foto rechts: Fotolia, Andy Nowack

Lotoseffekt
Der Lotoseffekt beruht auf nanostrukturierten Oberflächen, auf denen Schmutzpartikel keinen Halt finden und so durch Wasser leicht abtransportiert werden können.

REM-Aufnahme: Schlauchstummel in künstlichen Nieren
In künstlichen Nieren werden Mikro-Strukturierung (Schlauchstummel oben) und Nano-Strukturierung (poröses Schlauchmaterial unten) mit Erfolg kombiniert.
REM-Aufnahme: poröses Schlauchmaterial
REM Aufnahmen: ZWL Lauf 2003

Nanotechnologie in der Werkstofftechnik

In der Werkstofftechnik werden die unterschiedlichen Möglichkeiten der Nanotechnologie genutzt, um z.B. feinste Teilchen, funktionale Oberflächen und Schichten herzustellen und zu strukturieren. Dazu gehören z.B. neben dem Ruß im Autoreifen auch die feinsten SiO2-Teilchen (Aerosile®) in der Zahnpasta.
Extrem dünne funktionale Schichten auf Brillengläsern können z.B. optische Eigenschaften wie Farbe, Reflexion, Transparenz gezielt einstellen und mechanische Eigenschaften wie Festigkeit und Verschleiß verbessern.
Nanometerdicke Titanoberflächenschichten verbessern die Bioverträglichkeit von Kunststoffimplantaten. Neu in der Entwicklung sind spezielle Zirkonoxid-Qualitäten und Nanocomposites aus SiC/Si3N4 oder Al2O3/SiC, deren Vorteile u.a. niedrigere Herstelltemperaturen sind.
Das Wissen über Nanomaterialien und das Verständnis für ihr Verhalten wird erst durch neue Untersuchungsverfahren, wie z.B. hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie (siehe Abbildungen) oder Röntgentotalreflexion, ermöglicht.