Table of Contents

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 herstellen 148

Kapitel 9 Den Umgang mit Medizin ändern 151

Keine Labortests erforderlich: Die Diagnose von Krankheiten in der Arztpraxis 151

Sensoren auf der Grundlage von Nanodrähten 152

Funktionalisierte Quantenpunkte zum Erkennen von Krankheiten 153

Mit funktionalisierten Nanopartikeln aus Eisenoxid den Schuldigen erkennen 154

Die medizinische Bildgebung verbessern 155

MRT mit Eisenoxid-Nanopartikeln 156

Mit Quantenpunkten aus Silizium zur Fluoreszenz gelangen 157

Medikamente effizienter verabreichen 158

Die Membranen von Zellen überwinden 158

Die richtige Stelle anpeilen 160

Nanopartikel und Mulitasking 161

Die tägliche Dosis überflüssig machen 162

Die Grippe stoppen 162

An der Hautoberfläche 163

Behandlungen 163

Mit Wärme erkrankte Zellen zerstören 164

Infektionen antimikrobiell behandeln 165

Etwas unternehmen, wenn sich unser Immunsystem gegen uns wendet 165

Die DNA auf die Reihe bringen 166

Die Verwendung von Nanorobotern 166

Kapitel 10 Mit der Nanotechnologie Energie sparen 171

Die großen Drei der Energietechnik: Erzeugung, Verteilung und Speicherung 171

Energie kostengünstiger erzeugen 172

Solarzellen aufmotzen 172

Brennstoffzellen mit der Nanotechnologie anfeuern 175

Die Verteilung der Energie verbessern 179

Drähte zum Singen bringen 179

Energie effizienter speichern 181

Die Arbeitsweise von Batterien verstehen 181

Elektronen mit Superkondensatoren speichern 184

Andere Energieformen 184

Kapitel 11 Die Umwelt verbessern 187

Die Luft reinigen 187

Reinigung der Luft mit Nanomaterialien 188

Kohlendioxid durch Nanotechnologie einfangen 188

Kohlendioxid in etwas Nützliches verwandeln 191

Durch Nanopartikel die globale Erwärmung in den Griff bekommen 192

Autos sauberer machen 193

Die Luft im Inneren des Hauses reinigen 194

Wasser reinigen 195

Das Problem verstehen 195

Verunreinigtes Grundwasser mit der Nanotechnologie reinigen 196

Ölteppiche beseitigen 198

Salzwasser trinkbar machen 198

Bakterien aus dem Trinkwasser entfernen 200

Kapitel 12 Star Wars: Die Nanotechnologie in der Raumfahrt und bei der Verteidigung 203

Weltraum: Am Rande des Universums 203

Die Raumfahrt durch leichtgewichtige Raumschiffe ankurbeln 203

Mit dem Weltraumlift aufsteigen 205

Selbstreparierende Raumanzüge 206

Mit Nanosensoren Astronauten gesund erhalten 207

Wasser (und mehr) auf anderen Planeten finden 207

Gehende Sensoren 207

Mit leichtgewichtigen Sonnensegeln durch den Weltraum segeln 209

Kleinere Raketen für Raumschiffe bauen 209

Die Nanotechnologie zur Verteidigung einziehen 210

Unsere Truppen mit Körperpanzern schmücken 210

Eine größere Effizienz durch Verformung 211

Noch mehr Energie speichern 213

Gefährliche Wirkstoffe erkennen 214

Seeleuten helfen, die Schraube am Schwirren zu halten 215

Leichtgewichtige, tragbare Energie erzeugen 215

Kugelsicheres Material biegsamer machen 216

Teil III Die Nanotechnologie und die Menschen 217

Kapitel 13 Nanotechnologie: Aspekte der Ethik, Sicherheit und Regulierung 219

Ethische Dilemmas ansprechen 219

Für immer leben 220

Güter aus dem Nichts erzeugen 221

Die richtige Wahl treffen 222

Organisationen, die sich mit Nanoethik beschäftigen 223

Sicherheitsfragen in den Griff bekommen 223

Beispiele für Sicherheitsfragen betrachten 224

Ein Überblick über Sicherheitsprogramme im Bezug auf die Nanotechnologie 225

Die behördliche Landschaft untersuchen 227

Die Notwendigkeit von Vorschriften verstehen 227

Ein Regelwerk für den Umgang mit der Nanotechnologie 227

In die Privatwirtschaft wechseln 229

Kapitel 14 Ausbildung und Karriere in der Nanotechnologie 231

Eine Ausbildung auf dem Gebiet der Nanotechnologie erhalten 231

Welcher Studiengang ist der richtige für Sie? 232

Welchen Abschluss können Sie dort machen, wohin Sie gehen wollen? 232

Duales Studium 233

Der Studiengang Nanowissenschaften an Universitäten 234

Eine Karriere in der Nanotechnologie planen 234

Wo liegt der Bedarf? 235

Karrieremöglichkeiten ausführlich betrachten 236

Wie viel können Sie verdienen? 237

Die Wünsche der Arbeitgeber verstehen 239

Verzweifelt gesucht: Ratschläge für Arbeitgeber 240

Teil IV Der Top-Ten-Teil 241

Kapitel 15 Zehn Webseiten, um die Nanotechnologie besser zu verstehen 243

UnderstandingNano 243

nanoTruck 244

DaNa 2.0 245

Foresight Institute 246

Zwerge erobern die Welt 247

Deutscher Verband Nanotechnologie 247

Wissenschaft aktuell 248

Swiss Nano Cube 249

nanospots 250

Nanothriller 251

Kapitel 16 Nanowissenschaften studieren 253

Universität Kassel – Nanostrukturwissenschaften 253

Universität Karlsruhe – Nanoelektronik 254

Technische Universität Ilmenau – Mikro- und Nanotechnologie 255

Technische Universität Braunschweig – Nano-Systems-Engineering 256

Universität Hamburg – Nanowissenschaften 257

Universität des Saarlandes – Mikrotechnologie und Nanostrukturen 258

Technische Universität Chemnitz – Micro and Nano Systems 258

Universität Bayreuth – Polymer- und Kolloidchemie 259

Leibniz Universität Hannover – Nanotechnologie 259

Technische Universität Kaiserslautern – Nanotechnologie und Nanobiotechnologie 262

Kapitel 17 Zehn interessante Nanotechnologie-Forschungseinrichtungen 263

Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme (ENAS) 263

Leistungszentrum Nachhaltigkeit Freiburg 264

Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik 266

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) 266

Joint Research Centre (JRC) 268

London Centre of Nanotechnology (LCN) 269

Forschungseinrichtungen bei Hewlett-Packard (HP) 270

ARC Centre of Excellence for Functional Nanomaterials (ARCCFN) 272

Cornell NanoScale Science & Technology Facility (CNF) 273

Center for the Environmental Implications of Nanotechnology (CEINT) 274

Glossar 277

Stichwortverzeichnis 281