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Nanotechnologie in Bayern PROFILE PORTRÄTS PERSPEKTIVEN


Editorial

Nano – ein werkstoffliches Wunder... ...das allseits „bewundert“, aber auch mit Skepsis beobachtet wird. Viele sprechen und schreiben über Ursachen und Wirkung im Umgang mit mysteriösen Partikeln u.a.

Gehen Sie mit uns den Geheimnissen und Realitäten der Nanotechnologie auf die Spur!

In Wirklichkeit ist Nano immer und überall und zeigt Möglichkeiten zur Lösung zukünftiger Probleme in Wissenschaft und Praxis. Wir möchten dazu einen Beitrag zu mehr Transparenz und Sachlichkeit leisten: Wo findet eine enge, zukunftsorientierte Vernetzung von Wissenschaft, Wirtschaft und Lehre statt? Wer bietet professionelle Beratung und Begleitung bei der EU-Forschungsförderung für Nanotechnologien?

Walter Fürst, Geschäftsführer

Diese Publikation finden Sie auch im Internet unter www.media-mind.info

Impressum: Herausgeber:

media mind GmbH & Co. KG Volkartstr. 77 80636 München Telefon: +49 (0) 89 23 55 57-3 Telefax: +49 (0) 89 23 55 57-47 ISDN (MAC): +49 (0) 89 23 55 57-59 E-mail: mail@media-mind.info www.media-mind.info

Verantwortlich:

Walter Fürst, Jürgen Bauernschmitt

Gestaltung + DTP:

Jürgen Bauernschmitt

Druckvorstufe:

media mind, München

Welche Chancen und Risiken birgt die Nanotechnologie auf vielfältige Bereiche des täglichen Lebens? Was bewirkt Nanotechnologie an der Schnittstelle zwischen Forschung und Anwendung? Was hat es mit der „perfekten Welle“ auf sich, die überraschende Phänomene auslöst? Welche Bedeutung haben Design und Kontrolle künstlicher und multifunktionaler Nanosysteme? Wo werden wissenschaftliche Ideen ausgetauscht und neue interdisziplinäre und institutsübergreifende Kontakte geknüpft?

Verantwortl. Redaktion: Ilse Schallwegg Druck:

Druckerei Frischmann, Amberg

Erscheinungsweise:

1 mal jährlich

© 2013/14 by media mind GmbH & Co. KG, München. Kein Teil dieses Heftes darf ohne schriftliche Genehmigung der Redaktion gespeichert, vervielfältigt oder nachgedruckt werden.


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Nanoinitiative Bayern GmbH Editorial Vorwort

2. US 3 6

Prof. Dr. Alfred Forchel Grußwort Prof. Dr. Wolfgang M. Heckl

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Cluster Nanotechnologie

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Cluster Nanotechnologie – Zukunftstechnologie für Schlüsselbranchen Kontakt: Nanoinitiative Bayern GmbH und Nanonetz Bayern e.V.

Inhaltsverzeichnis

Nanoprodukte und Technologien EXAKT Advanced Technologies GmbH Präzisions-Dreiwalzwerke Global Prefer AG nano4consumer Microtrac Europe GmbH Analysegeräte NanoWorld Services GmbH OEM-MEMS Hersteller NETZSCHFeinmahltechnik GmbH Parkett Stelzl Pflegefrei-Parkett rent a scientist GmbH Silber Nanodrähte UVEX ARBEITSSCHUTZ GMBH Antibakterielle Ausrüstung

20 21 22 23 24 26 27 28

Nanotechnologie-Transfer und Dienstleistungen Festkörperphysik und

Materialforschung

29

Das Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung der Universität Augsburg Kontakt: Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung, Augsburg

EU-Forschungsförderung

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EU-Forschungsförderung für Nanotechnologien Kontakt: Dr. rer. nat. Panteleïmon Panagiotou Bayerische Forschungsallianz GmbH (BayFOR)

Forschung und

Anwendung

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Das Bayreuther Zentrum für Kolloide und Grenzflächen Kontakt: Frau Thunig Bayreuther Zentrum für Kolloide und Grenzflächen

bifa Umweltinstitut GmbH Verwertung von Abfällen

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Moderne Werkstoffe

38

Europäisches Zentrum für Dispersionstechnik (EZD) Kontakt: Dr.-Ing. Felipe Wolff-Fabris SKZ - KFE gGmbH

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AMU Funktionelle Oberflächen

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INNOVENT e.V.

SR Huebner & Kollegen Nanotechnologiepatente

40 42

Nanoforschung und Entwicklung Center for NanoScience (CeNS)

44

Center for NanoScience (CeNS) Kontakt: Prof. Dr. Joachim O. Rädler, Dr. Susanne Hennig, Center for NanoScience (CeNS) Ludwig-Maximilians-Universität München

Georg-Simon-Ohm-Hochschule für angewandte Wissenschaften Halbleiter-Nanostrukturen

46 48

Die perfekte Welle Autoren: Achim Wixforth und Kollegen Universität Augsburg, Experimentalphysik 1

Maßgeschneiderte

Partikel

52

Vom Partikel zur Funktion: Maßgeschneiderte Partikel für neue Hochleistungsmaterialien Autoren: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Peukert und Kollegen Prof. Dr. Ulf Peschel

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Netzwerk NanoSilber Nanostrukturphysik Universität Regensburg Chemische Nanosysteme Universität Würzburg Nanosystems Initiative Munich (NIM)

55 56 58 61

Nano zum Anfassen Demonstrationslabor Prof. Dr. med. Hermann Fromme Zentrum Neue Technologien (ZNT) Deutsches Museum Anzeige Anzeige

Bayerische Forschungsallianz media mind GmbH & Co. KG

64 66

3. US 4. US


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Nanotechnologie – Kleinste Strukturen mit großem wirtschaftlichen Einfluss Die Nanotechnologie ist produktiv geworden. Eine wachsende Anzahl innovativer Unternehmen verdienen ihr Geld mit Nanotechnologie. Neben der Großindustrie spielen kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) die entscheidende Rolle, um neue Ideen in Produkte zu verwandeln. Flexibilität, wenig Bürokratie und eine beeindruckende Mentalität des Zupackens zeichnen diese Unternehmen aus. Die hervorragenden Eigenschaften kleinster Strukturen führen zu völlig neuen Anwendungen z.B. bei flexiblen Displays in der Optoelektronik oder Funktionalisierung nichtleitfähiger Materialien, die durch Nanotechnologie leitfähig werden. Dabei geht der Trend zur immer schnelleren Umsetzung aus der Forschung zum Produkt. Hier setzt der Cluster Nanotechnologie an, der im Rahmen der Cluster-Offensive Bayern von der Bayerischen Staatsregierung gefördert wird. Mit einer Vielzahl von vernetzenden Maßnahmen wird der Transfer von Forschungsergebnissen in Anwendungen gefördert, um vor allem bayerischen Firmen beim Wettbewerb auf den globalen Märkten eine gute Position zu verschaffen. In den 6 Jahren erfolgreicher Clusterarbeit haben wir uns mit der Nanotechnologie verändert. Während anfänglich Informationsveranstaltungen und Wissenstransfer im Vordergrund standen, geht es mittlerweile vor allem auch um die konkrete Umsetzung der Potentiale der Nanotechnologie. Neuartige Prozesstechnologien, die kostengünstige Einbindung in bestehende Produktionsprozesse, Projektmanagement, Nutzung von Synergien und Öffentlichkeitsarbeit haben wir als tragende Säulen unserer Arbeit ausgebaut. Für große Herausforderungen unserer Zeit kann die Nanotechnologie Lösungen bieten. Ressourcenschonung, Energieeffizienz und Innovationen in vielen Hochtechnologie-

bereichen werden durch die Nanotechnologie ermöglicht. Wir sehen unsere Aufgabe darin, diese Potentiale insbesondere für Bayern zu heben und mögliche Risiken zu minimieren. Daher unterstützen wir insbesondere kleine und mittlere Unternehmen dabei, nanotechnologische Innovationen in erfolgreiche Produkte umzusetzen. Neben der konkreten Projektarbeit engagiert sich der Cluster Nanotechnologie in gezielter Nachwuchsförderung, unterstützt von der Initiative Junge Forscherinnen und Forscher e.V., die aus der Arbeit des Clusters hervorgegangen ist. In vielfältigen Maßnahmen werden junge Menschen für die Nanotechnologie und naturwissenschaftlich-technische Fächer begeistert. Dies ist von Wichtigkeit, denn gut-ausgebildete Experten in High-Tech Bereichen sind eine wichtige Voraussetzung für Wirtschaftswachstum. Das Clusterteam und ich freuen uns gemeinsam mit unseren Clusterakteuren und Mitgliedern des Nanonetz Bayern e.V. darauf Kontakte zu neuen Interessenten an Nanotechnologie aufzubauen und bestehende Kontakte zu verstärken. Lassen Sie sich in dieser Broschüre von den wichtigen Entwicklungen der Nanotechnologie in Bayern begeistern! Wir stehen Ihnen für Rückfragen zu allen Aspekten der Nanotechnologie gerne zur Verfügung. Viel Freude bei der Lektüre wünscht Ihnen

Prof. Dr. Alfred Forchel Sprecher des Clusters Nanotechnologie


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Nanotechnologie – Ein Markt für Bayern Mit der Energiewende in Deutschland haben sich vielfältige Möglichkeiten für die Entwicklung neuer Technologien und Produkte gerade im Bereich Wind-, Solar- und Wasserkraft im forschungs- und entwicklungsstarken Bayern ergeben. Neue Ansätze resultieren dabei oft aus Weiterentwicklungen vorhandener Lösungen, die ein detaillierteres Verständnis der Materialien genauso wie die verbesserte Anwendung der Wirkprinzipien erfordern. Hier kommt der Nanotechnologie als Querschnittstechnologie eine entscheidende Rolle zu. Neben den vielfältigen Möglichkeiten ihres Einsatzes zur Untersuchung und Entwicklung von neuen maßgeschneiderten Materialien von Metallen bis Beton, bietet sie die Basis spannender Erkenntnisse und Entwicklungsmöglichkeiten von der Nanoelektronik, über oberflächenphysikalische Beschichtungsmethoden, bis hin zur Entwicklung neuer Ansätze im Maschinenbau, aber auch Chemie, Pharmazie und Biotechnologie. Auf all diesen Gebieten gibt es herausragende Beiträge der Forschergruppen, die in Bayern tätig sind, sei es an den Universitäten und Fachhochschulen, in den außeruniversitären Forschungseinrichtungen wie Max Planck, Fraunhofer oder Helmholtz, in den Verbünden, oder auch im Center for NanoScience oder bei den Arbeitsgruppen, die im Rahmen der Exzellenzinitiative NIM (NanoInitiativeMünchen) und anderen Exzellenzprojekten in Bayern zusammenarbeiten. Aber auch die Umsetzung in marktliche Produkte lässt sich sehen, auch hier spielt die Region Bayern in der Champions League. Die Koordination im Rahmen des Clusterstrategie übernimmt dabei die Nanoinitiative Bayern GmbH, die sich nicht nur um die Vernetzung der Partner aus Industrie und Wissenschaft kümmert, sondern auch um die Heranführung von Nachwuchs an die für die weitere Entwicklung Bayerns so wichtige Zukunftstechnologie. Darüber hinaus kann die Nanotechnologie, wie jede andere Technologie auch nur dann wirken, wenn sie in der Gesellschaft verankert ist, wenn also möglichst vielen Menschen durch ein naturwissen-

schaftliches Basiswissen die Teilhabe an der Lösung der Heurausforderungen der Zukunft ermöglicht wird. Wenn sie mitreden können beim gesellschaftlichen Dialog über Chancen und Risiken. Gerade in der Nanotechnologie sind viele neue Produkte für die Verbraucher entstanden, und täglich kommen neue Anwendungen hinzu. Das Deutsche Museum in München zeigt daher in seiner großen Dauerausstellung zur Nano- und Biotechnologie nicht nur die Originalobjekte, die Entwicklung und die Einsatzmöglichkeiten auf, sondern bietet mit seiner Nano-Produktausstellung und seinen vielen Veranstaltungen eine Basis für den gesellschaftlichen Dialog. Mit der vorliegenden Broschüre wird, ohne einen Anspruch auf Vollständigkeit ableiten zu wollen, ein repräsentatives Bild zum Entwicklungsstand der Nanotechnologie in Bayern gezeichnet und ein up to date Überblick über die wichtigen Keyplayer gegeben. Der ungeheuren Dynamik dieses Feldes entsprechend, kann es sich dabei allerdings nur um eine Momentaufnahme handeln. Nach dem Erfolg der Erstausgabe der Broschüre „Nanotechnologie in Bayern“ war nun, der stürmischen Entwicklung folgend, ein Update mehr als geboten. Sie wird von unserer Überzeugung begleitet, dass sich aus den viel versprechenden Anfängen auf dem Feld der Nanotechnologie sowohl auf Forschungswie auf Vermarktungsseite eine Erfolgsgeschichte entwickelt hat, die nachhaltig zur Attraktivität des Standortes Bayern in wissenschaftlicher und ökonomischer Hinsicht beiträgt.

Prof. Dr. Wolfgang M. Heckl Oskar von Miller Lehrstuhl für Wissenschaftskommunikation Technische Universität München und Generaldirektor des Deutschen Museums


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Cluster Nanotechnologie – Zukunftstechnologie für Schlüsselbranchen

Cluster Nanotechnologie

Nanotechnologie prägt neue Produkte Der prognostizierte MilliardenMarkt für Nanotechnologie ist Realität geworden. Es gibt kaum einen wirtschaftlichen Bereich, der nicht von der Nanotechnologie profitiert: Optik, Elektronik, Maschinenbau, Chemie, Gesundheit, Textilindustrie, Umwelttechnik, Verpackungsindustrie, Bauchemie usw. Bayern gehört zu den führenden Nanotechnologie-Standorten in Deutschland. Bayerns engere Nanotechnologie-Szene umfasst heute etwa 325 Akteure aus der Industrie, Verbänden und Institutionen sowie aus der Forschung und Entwicklung. Angesichts des gewaltigen Potenzials der Nanotechnologie ist hier noch viel Raum für weitere Akteure. Insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen in Bayern schöpfen aus dem enormen Potenzial dieser Technologie. Gleichzeitig gibt es noch exzellente Wachstumschancen.

Fokus auf Fortschritt mit Hilfe des Clusters Nanotechnologie Um das enorme Potenzial der Nanotechnologie besser zu erschließen, wurde 2006 der Cluster Nanotechnologie aus einer Initiative der bayerischen Staatsregierung gegründet. Der Cluster wird im Rahmen der Bayerischen Clusteroffensive vom Freistaat Bayern gefördert. Hauptziel ist der kontinuierliche Ausbau eines Kompetenznetzwerkes im Bereich Nanotechnologie für die Unterstützung eines

Nanotechnologie in Bayern, Bild: VDI Technologiezentrum GmbH, www.nanomap.de und Nanoinitiative Bayern GmbH

effizienten Transfers von FuEErgebnissen in Produkte. Eine enge Verzahnung der Bereiche Wissenschaft, Wirtschaft und Lehre sind hierbei von größter Bedeutung. Im Fokus steht dabei die Vernetzung kleiner und mittlerer Unternehmen mit Universitäten, Hochschulen und öffentlichen Forschungseinrichtungen. Ausgehend von regionalen Netzwerken sind wir Teilnehmer der bundesweiten Initiative Nano in Germany zur Förderung und zum Ausbau der Nanotechnologie in Deutschland und Mitglied im bundesweiten Projekt „go-cluster: Exzellent vernetzt“ zur Weiterentwicklung leistungsfähiger Innovationscluster in Deutschland. Wir bringen Entscheider aus der Politik

mit Kernakteuren aus Wirtschaft und Forschung ins Gespräch. Ein Ergebnis dieser Vernetzungsaktivitäten ist zum Beispiel das Europäische Zentrum für Dispersionstechnologien (EZD), ein interdisziplinäres Forschungs- und Technologietransfer-Zentrum, das gerade in Selb entsteht. Unsere Workshops, Seminare und Infoveranstaltungen helfen Ihnen gut informiert zu bleiben. Die thematischen Schwerpunkte unserer Veranstaltungen sind breit gefächert und reichen von materialorientierten Themen wie NanoKohlenstoff, über prozesstechnische Themen, wie NanoBeschichten, bis hin zu NanoRegulierung und -Politik. Die Fachveranstaltungen bringen Vertre-


Cluster Nanotechnologie

Spatenstich EZD, Foto: Florian Miedl (Frankenpost)

ter der Forschung und Anwender aus der Industrie zusammen und dienen als Keimzelle für gemeinsame Aktivitäten und Projekte. Besuchen Sie uns auch an unseren Messeständen oder präsentieren Sie Ihre Ergebnisse gemeinsam mit uns auf Messen. Mit unseren Partnern zusammen betreiben wir aktives Forschungsmarketing im In- und Ausland.

Nanoprozesstechnologie und -verfahrenstechnik Nanoelektronik und -photonik Nanobiomaterialien und -verfahren Nanoanalytik und -gerätetechnik Unser Ziel ist die verantwortungsvolle Weiterentwicklung der Nanotechnologie. Wie bei jeder neuen Technologie, besteht auch bei Nanotechnologien ein hoher For-

9 Stellung, basierend auf den wissenschaftlichen Erkenntnissen. Der Engpass an naturwissenschaftlich-technisch qualifizierten Fachkräften verursacht Wachstums- und Innovationshemmnisse. Daher ist eine frühe Förderung des Nachwuchses unerlässlich. Die Förderung von Nanotechnologie-Lehrinhalten an Schulen und Hochschulen ist ein wichtiger Bestandteil der Arbeit des Clusters Nanotechnologie. Die Aktivitäten des Clusters zur Nachwuchsförderung wurden gebündelt und mit der Ende 2010 gegründeten Initiative Junge Forscherinnen und Forscher (IJF) intensiviert und verbreitert (siehe weiter unten). Trägerorganisationen des Clusters Nanotechnologie sind die Nanoinitiative Bayern GmbH, die 2006 durch die IHK Würzburg-Schweinfurt und die Julius-MaximiliansUniversität Würzburg gegründet wurde, und der Förderverein Nanonetz Bayern e.V., der seit 2007 besteht.

Immer gut beraten bei der Nanoinitiative Bayern GmbH

Messestände des Clusters Nanotechnologie auf der nano tech in Tokyo

Zu Schwerpunktthemen unserer Arbeit und der Arbeit unserer Partner zählen unter anderem: Anorganische Nanomaterialien (z.B.: Nanosilber, Nanokohlenstoff)

Fachveranstaltung im Rahmen einer Messe

schungsbedarf. Neben technischen Herausforderungen sind zum Teil Fragen zur Arbeitssicherheit, der Toxizität und der Entsorgung von Nanomaterialien zu klären. Wir informieren gerne und beziehen

Die Nanoinitiative Bayern GmbH ist zuständig für das Management des Clusters Nanotechnologie und hat zur Unterstützung der Umsetzung von FuE-Ergebnissen in konkrete vermarktungsfähige Produkte eine Vielzahl von Aktivitäten entwickelt um Ihnen weiterzuhelfen. Recherche zum Stand der Technik Als Schlüsseltechnologie hat die Nanotechnologie das Potenzial wichtige technologische Lösungsbeiträge in vielfältigen Anwendungsbereichen zu liefern. Da sich das Gebiet schnell weiterentwickelt, ist es schwer auf dem neuesten Stand zu bleiben. Daher tragen wir bei Bedarf gerne Wissen zu einer konkreten Fragestellung im Bereich Nanotechnologie zusammen und bereiten dieses im Rahmen einer Recherchedienstleistung für Sie auf.


Cluster Nanotechnologie

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Unser Geschäftsstellenteam

Von der Forschung zur Entwicklung Unter zielgerichteter Begleitung entstehen aus Kooperationen zur Schaffung innovativer Produkte FuE-Projekte. Wir unterstützen Sie bei der Suche nach dem passenden Fördermodell und helfen bei der Antragstellung. Mit unseren hochqualifizierten Mitarbeitern setzen wir auf fundierte Fachkompetenz und garantieren Vertraulichkeit und auf Wunsch Exklusivität. Wir koordinieren auf Wunsch Ihr Projekt bis hin zum kompletten Projektmanagement.

Von der Entwicklung zum Produkt Wir unterstützen Startups und KMUs durch Einbindung in Netzwerkprojekte. Seit 2011 managen wir beispielsweise erfolgreich das Netzwerk NanoSilber, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert wird (weitere Details siehe unten). Wir nutzen Synergien der einzelnen Partnerfirmen mit der Zielsetzung, Produkte und Lösungen mit Marktreife zu schaffen. Wir unterstützen die Partner durch Fördermittelberatung, Öffentlichkeitsarbeit, Projektmanagement, Machbarkeitsstudien und Marktanalysen.

Nanosilber eingebracht in einer Kunststofffaser. Skala: 10 µm. Bild: ras materials

Wasserabweisende Beschichtung auf Textilien

Computerplatine mit typischer Transistorgatelänge in der Produktion von ≥ 22 nm

Laserchip mit ~ 0,3 mm Länge und ~ 0,3 mm Breite, insbesondere für die Gassensorik. Bild: nanoplus

Mit dem Produkt auf den Weltmarkt Neben den USA und Japan liegt Deutschland im Bereich Nanotechnologie an der Weltspitze hinsichtlich Technologieführerschaft. Durch Kooperation mit nationalen und internationalen Institutionen, Netzwerken und Firmen helfen wir, diese Spitzenposition langfristig zu sichern und auszubauen. So unterstützen wir zum Beispiel im Projekt NanoBRIDGE unsere Partner beim Auf- und Ausbau deutsch-russischer Kooperationen im Bereich Nanotechnologie. Unsere Japan Aktivitäten umfassten zum Beispiel das Verbundprojekt Nanoanalytics zur Anbahnung von Kooperationen im Bereich Nanoanalytik zwischen deutschen und japanischen Forschungseinrichtungen und Firmen.

Firmenbesuche in Japan und Russland

Projektbeispiel: Nanosilber verantwortungsbewusst weiterentwickeln im Netzwerkprojekt NanoSilber Das Netzwerk NanoSilber wurde von der Nanoinitiative Bayern GmbH 2011 ins Leben gerufen. Es besteht vorwiegend aus kleinen und mittleren Partnerunternehmen (KMUs), die von Partnerinstitutionen unterstützt werden. Das Netzwerkprojekt wird von der Nanoinitiative Bayern GmbH gemanagt und vom BMWi gefördert. Die Ziele des Netzwerkes bestehen darin Nanosilber in Herstellung, Verarbeitung, Anwendung, Produktion und Entsorgung verantwortungsbewusst weiter zu

Statustreffen des Netzwerks NanoSilber

entwickeln. Dabei stehen Nanosilber-Materialien in ihrem gesamten Produktlebenszyklus im Fokus. Die Netzwerkarbeit ruht auf zwei Hauptsäulen: Aktive Öffentlichkeitsarbeit und Entwicklung zielgerichteter FuE-Projekte. Bei weiterführendem Interesse, besuchen Sie unsere Website www.nanosilber.de oder kommen Sie direkt mit uns in Kontakt (E-Mail: info@nanosilber.de, Tel: +49 931 / 3189 – 371).


Cluster Nanotechnologie Gebündelte Kompetenzen im Förderverein Nanonetz Bayern e.V. Der Förderverein Nanonetz Bayern e.V. bildet eine offene Plattform für Akteure in der Nanotechnologie und ist ein kompetenter Ansprechpartner für Entwickler und Anwender in der Wirtschaft. Die Bündelung und Koordinierung der Kernkompetenzen aus den Bereichen Forschung, Wirtschaft, Lehre und Dienstleistung schaffen Synergien, die wesentlich zur Einbringung von Nanotechnologie-Ansätzen in den gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Raum beitragen und deren Verbreitung unterstützen sollen.

Wissenschaft on Tour Mit dem NanoShuttle wird eine spannende Nano-Erlebniswelt in die Schulen Bayerns gebracht.

Das NanoShuttle auf Tour

Lehrer lernen weiter In Fortbildungen holen sich Lehrkräfte bayernweit Anregungen für einen zukunftsorientierten naturwissenschaftlichen Unterricht.

11 Kinder und Jugendliche für Zukunftstechnologien begeistern und ihnen zeigen, wie sie diese Begeisterung weiter entwickeln und erhalten können - das ist das Ziel der Initiative Junge Forscherinnen und Forscher e.V. (IJF). Die IJF ist 2010 aus dem Cluster Nanotechnologie hervorgegangen. Unter dem Motto „Mach die Zukunft zu deiner Idee!“ führt sie eigenständig, aber in enger Kooperation mit dem Cluster, dessen erfolgreiche Nachwuchsförderung fort und baut sie inhaltlich sowie altersgruppenspezifisch aus. Im neuen Experimentarium der IJF in Würzburg bekommen Kinder und Jugendliche sogar die Möglichkeit, selbstständig zu forschen und zu experimentieren.

Mitgliederversammlung des Nanonetz Bayern e.V.

Ihre Vorteile als Mitglied Informations- und Erfahrungsaustausch, Wissenstransfer zur Nanotechnologie Regelmäßiger Newsletter Förderung von Kontakten zwischen Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen mit Anwendern in der Wirtschaft Förderung der Gemeinschaftsforschung und -entwicklung im Bereich Nanotechnologie Informationsveranstaltungen zu öffentlichen Förderprogrammen von EU, Bund und Land Veranstaltung von Fachtagungen, Workshops und Symposien Nachhaltige Nachwuchsförderung durch z.B. - Schulbesuche mit dem Nanoshuttle - Lehrerfortbildungen - Schulwettbewerb - Aktionen zur Nanotechnologie - uni@school Projekt

Lehrerfortbildungen

Schulen im Wettbewerb Beim jährlichen Nano-Schulwettbewerb stellen Schüler aller Altersstufen ihre Forscherqualitäten und ihren Erfindungsreichtum unter Beweis.

Junge Forscher im Experimentarium

Haben wir Ihr Interesse geweckt? Haben Sie Fragen zu unserer Arbeit? Sind Sie auf der Suche nach Kooperationspartnern? Wir freuen uns, wenn Sie Kontakt mit uns aufnehmen.

Kontakt: Nanoinitiative Bayern GmbH und Nanonetz Bayern e.V.

Nano-Schulbesuche

Josef-Martin-Weg 52/ Campus Hubland Nord 97074 Würzburg Tel.: +49 931 / 31 80570 Fax: +49 931 / 31 80569 www.nanoinitiative-bayern.de


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Mitglied im Förderverein Nanonetz Bayern e.V.

Ihr Spezialist für dünne Schichten Kontakt: ARA-Coatings GmbH & Co.KG Dr. Ralph Domnick Gundstr. 13 91056 Erlangen 09131 / 907040 rdomnick@ara-coatings.de www.ara-coatings.de

Beratung von Unternehmen der Investitionsgüterindustrie Kontakt: BCM Beck Consulting München GmbH Dr. Eberhard Beck Schrämelstraße 172 81247 München 089 / 820 20 420 eberhard.beck@beck-bcm.de

Ihr unabhängiger Versicherungsmakler

Ein Name, ein Programm

Kontakt: ARUNA Süd Versicherungsmakler GmbH Norbert Langer Tückelhäuser Str. 10 97199 Ochsenfurt 09331 / 89000 info@aruna-sued.de www.aruna-sued.de

Kontakt: bene_fit systems GmbH & Co.KG Dipl.-Ing. Reinhard Kräuter Scharhof 1 92242 Hirschau 09622 / 825030 r.kraeuter@bene-fit.biz www.bene-fit.biz

Hochpräzise Positionierung im Nanobereich

Biologische Verfahrenstechnik und Analytik

Kontakt: attocube systems AG Verena Kümmerling Königinstr. 11a 80539 München 089 / 2877809-0 dirk.haft@attocube.com www.attocube.com

Kontakt: bifa Umweltinstitut GmbH Dr. Klaus Hoppenheidt Am Mittleren Moos 46 86167 Augsburg 0821 / 7000157 khoppenheidt@bifa.de www.bifa.de

Das industrienahe und anwendungsbezogene Zentrum

Ideen schützen. Eigenart wahren. Erkennbar sein.

Kontakt: Bayreuther Zentrum für Kolloide und Grenzflächen (BZKG), Universität Bayreuth Christine Thunig Universitätsstrasse 30, 95440 Bayreuth 0921 / 55-4373 christine.thunig@uni-bayreuth.de www.bzkg.de

Kontakt: Bode Meitinger Patentanwalts GmbH Ingolf Bode, Thomas Meitinger Hermann-Schmid-Straße 10, 80336 München tel +49 (0)89 62 303 695-0 fax +49 (0)89 62 303 695-20 haaser@bodemeitinger.de www.bodemeitinger.de


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Mitglied im Förderverein Nanonetz Bayern e.V.

buzil – Lösungen für Sauberkeit Kontakt: BUZIL-WERK Wagner GmbH & Co. KG Dr. Annette Schaadt Fraunhoferstrasse 17 87700 Memmingen Tel.: +49 (0)8331 - 930 805, Fax: +49 (0)8331 - 930 895 Annette.Schaadt@buzil.de www.buzil.com

Vom Molekül zum Material Kontakt: Cluster of Excellence Engineering of Advanced Materials, Friedrich-Alexander-Universität, Erlangen-Nürnberg Dr. Monika Schenk Nägelsbachstr. 49b 91052 Erlangen 09131 / 8520846 administration@eam.uni-erlangen.de www.eam.uni-erlangen.de

Metalleffektpigmente in Pulver-, Pasten- und Pelletform, Metallic-Druckfarben; Perlglanzpigmente für diverse Industrieanwendungen Kontakt: ECKART GmbH, Werk Güntersthal Christian Wolfrum Günthersthal 4,91235 Hartenstein 09152 / 77-4740 christian.wolfrum@altana.com www.eckart.net

Präzise Prozesstechnik für gezieltes Dispergieren Kontakt: EXAKT Advanced Technologies GmbH Dipl.-Kfr. Friederike Abresch Robert-Koch-Str. 5 22851 Norderstedt 040 / 529560-28 friederike.abresch@exakt.de www.exakt.de

COTEC, Ihr Partner für PVD und CVD Dünnschichtanwendungen

Basis der Geräteausstattung im Nanobereich

Kontakt: COTEC GmbH Michael Fliedner Frankenstrasse 19 63791 Karlstein 06188 / 9946223 M.fliedner@cotec-gmbh.com www.cotec-gmbh.com

Kontakt: FEI Deutschland GmbH Dipl.-Physiker Markus Wild An der Welle 4 60322 Frankfurt 069 / 669 849-48 Markus.Wild@fei.com www.fei.com

Innovative Baustoffe, internationale Präsenz, 140 Jahre Tradition, Dyckerhoff AG

Anwendungsorientierte Forschung für Produktionstechnik und Automatisierung

Kontakt: Wilhelm Dyckerhoff Institut für Baustofftechnologie Dr. rer. nat. Josef Strunge Dyckerhoffstr. 7 65203 Wiesbaden 0611 / 676-1710 josef.strunge@dyckerhoff.com www.dyckerhoff.com

Kontakt: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Dipl.-Ing. (FH) Ivica Kolaric Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart 0711 /970-3729 ivica.kolaric@ipa.fraunhofer.de www.ipa.fraunhofer.de


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Mitglied im Förderverein Nanonetz Bayern e.V.

Innovative Werkstoffe für Produkte von morgen

Wissenschaft in Aktion

Kontakt: Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC Dr. Karl-Heinz Haas Neunerplatz 2, 97082 Würzburg 0931 / 4100-500 haas@isc.fhg.de www.isc.fraunhofer.de, www.nano.fraunhofer.de, www.ormocere.de

Kontakt: Hochschule Darmstadt ikd - Institut für Kunststofftechnik Darmstadt Prof. Dr. rer. nat. Ralph Stengler Haardtring 100 64295 Darmstadt 06151 / 168000 ralph.stengler@h-da.de www.h-da.de

Neue Hochleistungswerkstoffe auf Basis von Kohlenstoff-Kompositen!

Studieren, Weiterbilden, Forschen

Kontakt: FutureCarbon GmbH Birgit Krauß Gottlieb-Keim-Str. 60 95448 Bayreuth 0921 / 507388-0 www.future-carbon.de birgit.krauss@future-carbon.de

Kontakt: Hochschule Deggendorf Prof. Dr. Martin Aust Edlmairstraße 6 und 8 94469 Deggendorf martin.aust@hdu-deggendorf.de praesident@hdu-deggendorf.de www.hdu-deggendorf.de

Hochwertige Reinigungs-, Pflege- und Veredelungsprodukte

Profil durch Forschungskooperationen

Kontakt: Global Prefer AG Karl-Heinz Ostermeier Lagerlechfelder Str. 38 86836 Untermeitingen 08232 / 99550-700 kho@global-prefer.com www.global-prefer.com

Kontakt: Hochschule Regensburg Prof. Dr. rer. nat. Rupert Schreiner Postfach 12 03 27 93025 Regensburg 0941 / 943-1277 rupert.schreiner@hs-regensburg.de www.fh-regensburg.de

Zukunftsgerichtete Studienangebote

Interessenvertretung und Dienstleistungen für die gewerbliche Wirtschaft

Kontakt: Hochschule für Angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt Prof. Dr. rer. nat. Werner Denner Ignaz- Schön-Straße 11 97421Schweinfurt 09721 / 940-818 wdenner@fh-sw.de www.fhws.de

Kontakt: IHK Würzburg-Schweinfurt Rudolf Trunk Mainaustrasse 33 97082 Würzburg 0931 / 4194-320 rudolf.trunk@wuerzburg.ihk.de www.wuerzburg.ihk.de


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Mitglied im Förderverein Nanonetz Bayern e.V.

Industrienahe Forschungseinrichtung

Wegweisende Maßstäbe als Isolatorenhersteller

Kontakt: INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena Dr. Bernd Grünler, Dr. Arnd Schimanski Prüssingstr. 27 B D-07745 Jena 03641 / 28 25 10 innovent@innovent-jena.de www.innovent-jena.de

Kontakt: LAPP Insulators GmbH Dr.-Ing. Jens Martin Seifert Bahnhofstr. 5 95632 Wunsiedel 09232 / 50-195 jseifert@lappinsulators.de http://www.lappinsulators.de

Systeme zur mikroskopischen Abbildung

Eine weltweit führende Marke für Mikroskope und wissenschaftliche Instrumente

Kontakt: Jeol (Germany) GmbH Dr. Siegfried Falch Oskar-von-Miller-Str. 1a 85386 Eching 08165 / 77-346 sales@jeol.de www.jeol.de

Kontakt: Leica Mikrosysteme Vertrieb GmbH Nina Brauns Ernst-Leitz-Str. 17-37 35578 Wetzlar 06441 / 29-4135 Nina.Brauns@leica-microsystems.com www.leica-microsystems.com

Führender Anbieter im Facility Management

Arzneimittelentwicklung mit intelligenter Nanotechnologie

Kontakt: K&S Raumpflegeservice GmbH Micha Strauß Karl-Götz-Str. 32 97424 Schweinfurt 09721 / 7834-0 m.strauss@raumpflegeservice.de

Kontakt: leon-nanodrugs GmbH Dr. Wolfgang Beier Kopernikusstr. 9 81679 München 089 / 41424889-0 w.beier@leon-nanodrugs.com www.leon-nanodrugs.com

Anlagenbau für niedrigenergetische Materialkonditionierung

Grafik und Mediengestaltung

Kontakt: Krause Maschinenbau GmbH Peter Krause Oberainer Feld 40 83104 Ostermünchen 08067 / 909-8306 pk@krause-maschinenbau.de www.krause-maschinenbau.de

Kontakt: LP Drucktechnik Lorenz u. Petre Druck GbR Mathias Petre Am Steinacker 4 90513 Zirndorf 0911 / 9657040 petre@lp-druck.de www.lp-druck.de


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Mitglied im Förderverein Nanonetz Bayern e.V.

Vielfältiges Programm zur Charakterisierung von Partikeln

NanoZeolithe: poröser Nanopartikel

Kontakt: Microtrac Europe GmbH Margret Boeck Am Latumer See 11, 40668 Meerbusch 02150 / 705679-11 boeck@microtrac-europe.com www.microtrac-europe.com

Kontakt: NanoScape AG Dr. Wayne Daniell Am Klopferspitz 19 82152 Planegg-Martinsried 089 / 4613 3443-10 daniell@nanoscape.de www.nanoscape.de

Innovative, individuelle und zukunftssichere Automatisierungslösungen

Die führende Nanotechnologie-Beteiligungsgesellschaft

Kontakt: M+W Products GmbH Dr. Josef Gerblinger Lotterbergstr. 30 70499 Stuttgart 0711 / 8804-1350 josef.gerblinger@mwgroup.net www.mwgroup.net

Kontakt: Nanostart AG Marco Beckmann Goethestr. 26-28 60313 Frankfurt a. Main 069 / 219396-110 marco.beckmann@nanostart.de www.nanostart.de

Entwicklung innovativer Produkte

Nano-Mikroskopie leicht gemacht

Kontakt: Nabaltec AG Dr. Annika Luks Alustrasse 50-52 92421 Schwandorf 09431 / 53-522 aluks@nabaltec.de www.nabaltec.de

Kontakt: Nanosurf GmbH Dr. Marcus Weth Rheinstr. 5 63225 Langen 06103 / 2027163 weth@nanosurf.com www.nanosurf.com

Herstellung innovativer Halbleiterlaser

Weltweit führender Anbieter von Mahlund Mischtechnologie

Kontakt: nanoplus Nanosystems and Technologies GmbH Dr. Johannes Koeth Oberer Kirschberg 4 97218 Gerbrunn 0931 / 90827-0 koeth@nanoplus.com www.nanoplus.com

Kontakt: NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH Dr.- Ing. Stefan Mende Sedanstrasse 70 95100 Selb 09287 / 797-215 stefan.mende@nft.netzsch.com www.netzsch-grinding.com


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Mitglied im Förderverein Nanonetz Bayern e.V.

30 Jahre Erfahrung bei der Generierung und Messung von Aerosolen

Entwicklungsdienstleistungen Nanomaterialien

Kontakt: PALAS® GmbH M. Sc., Bac. Oec. Jürgen Spielvogel Greschbachstraße 3 b 76229 Karlsruhe 0721 / 962130 spielvogel@palas.de www.palas.de

Kontakt: rent a scientist GmbH Adi Parzl Nussberger Str. 6 b 93059 Regensburg 0941 / 60717-3 adi.parzl@rent-a-scientist.com www.rent-a-scientist.com

Hersteller von Partikelanalysegeräten

Der Fertigungs-, Dienstleistungs- und Entwicklungspartner

Kontakt: Particle Metrix GmbH Dr. Hanno Wachernig Am Latumer See 13 40668 Meerbusch 02150 / 7056790 wachernig@particle-metrix.de www.particle-metrix.de

Kontakt: REUTER TECHNOLOGIE GmbH Karl-Heinz Reuter Röntgenstraße 1 D-63755 Alzenau 06023/5044-16 kh.reuter@reuter-technologie.de www.reuter-technologie.de

Entwicklungspartner und Systemlieferant für medizinische Lösungen und Produkte

Maßgeschneiderte Separationslösungen aus Drahtgestrick für die Chemie- und Prozesstechnologie

Kontakt: RAUMEDIC AG Jörg Grzeskowiak Hermann-Staudinger-Str. 2 95233 Helmbrechts 09252 / 359-1871 joerg.grzeskowiak@raumedic.com www.raumedic.com

Kontakt: Rhodius GmbH Dipl.-Ing. Wolfgang Heikamp Treuchtlinger Str. 23 91781 Weissenburg Wolfgang.Heikamp@rhodius.com www.rhodius.com

Problemlösungen und Produkte aus Hochleistungskeramik und Kunststoff

Vertrieb von wissenschaftlichen Geräten und Messgeräten

Kontakt: Rauschert GmbH Technische Keramik und Kunststoff-Formteile Dipl.-Ing. Friedrich Moeller Paul-Ernst-Metzler Straße 1, 96515 Judenbach-Heinersdorf 09265 / 78-342 f.moeller@rauschert.de www.rauschert.com

Kontakt: Schaefer Technologie GmbH Dr. Gertrude Goetz Robert-Bosch-Str. 31 63225 Langen 06103 / 300-98-0 g.goetz@schaefer-tec.com www.schaefer-tec.com


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Mitglied im Förderverein Nanonetz Bayern e.V.

Gemeinsam bewegen wir die Welt

Beratung auf Augenhöhe statt 08/15

Kontakt: Schaeffler Technologies AG & Co. KG Leiter Kompetenzzentrum Oberflächentechnik Dr.-Ing. Tim Hosenfeldt Industriestraße 1-3, 91074 Herzogenaurach 09132 / 82-1361 tim.hosenfeldt@schaeffler.com www.schaeffler.de

Kontakt: Sparkasse Mainfranken Rainer Ankenbrand Hofstr. 7-9 97070 Würzburg 0931 / 3828-130 rainer.ankenbrand@sparkasse-mainfranken.de www.sparkasse-mainfranken.de

Von der Faser bis zum fertigen Bauteil

Patentierung nanotechnologischer Erfindungen

Kontakt: SGL CARBON GmbH Dr. Hubert Jäger Rheingaustraße 182 65203 Wiesbaden 08271 / 83-1621 Hubert.Jaeger@sglcarbon.de www.sglcarbon.de

Kontakt: SR Huebner & Kollegen Dr. Stefan Rolf Huebner Prinzregentenplatz 11 81675 München 089 / 66 610 57-0 info@srhuebner.com www.nano-patenting.com

KOMPLETTANLAGEN FÜR SÄGEWERKE UND HOLZBEARBEITUNG

Individuell zugeschnittene Serviceangebote

Kontakt: Simon Möhringer Anlagenbau GmbH Dr.- Ing. Stefan Möhringer Industriestaße 1 97353 Wiesentheid 09383 / 950-29 stm@moehringer.com www.moehringer.com

Kontakt: Stadt Nürnberg, Wirtschaftsförderung Dr. Silvia Kuttruff Theresienstraße 9 90403 Nürnberg 0911 / 231-5796 Silvia.Kuttruff@stadt.nuernberg.de www.wirtschaft.nuernberg.de

Die Adresse, wenn es um Kunststoff geht

Wo Wissen zu Wirtschaft wird

Kontakt: SKZ - KFE gGmbH Kunststoff-Forschung und -Entwicklung Dr.-Ing. Karsten Kretschmer Friedrich-Bergius-Ring 22 97076 Würzburg K.Kretschmer@skz.de www.skz.de

Kontakt: Stadt Würzburg Eigenbetrieb Congress-Tourismus-Wirtschaft Klaus Walther Am Congress Centrum, 97070 Würzburg 0931/372319 klaus.walther@stadt.wuerzburg.de www.wuerzburg.de


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Mitglied im Förderverein Nanonetz Bayern e.V.

Das Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien

Führender PVC-Rohstoffhersteller - Markt- und Technologieführer bei PVC-Spezialitäten

Kontakt: Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e.V. Dr. rer. nat. Uwe Möhring Zeulenrodaer Str. 42-44 D-07973 Greiz 03661 / 611-0 u.moehring@titv-greiz.de www.titv-greiz.de

Kontakt: Vinnolit GmbH & Co. KG Dr. Robert Hohenadel Industrieparkstr. 1 84508 Burgkirchen 08679 7-5347 robert.hohenadel@vinnolit.com www.vinnolit.com

Mehr Sicherheit. Mehr Wert

Perfect dosiert mit ViscoTec Dosiertechnik

Kontakt: TÜV Süd Industrie Services GmbH Dipl.-Phys. Gerhard Klein Westendstraße 199 80686 München 089 / 5791-1579 gerhard.klein@tuev-sued.de www.tuev-sued.de

Kontakt: ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH Georg Senftl Amperstr. 4 84513 Töging am Inn 08631 / 9274-435 georg.senftl@viscotec.de www.viscotec.de

Arbeitsschutz von Kopf bis Fuß

Weltmarktführer im Bereich FahrzeugAuswuchtgewichte und Batteriepole

Kontakt: UVEX ARBEITSSCHUTZ GMBH Dr. Maria Raidel Würzburger Str. 181 – 189 90766 Fürth 0911 / 9736 1927 M.Raidel@uvex.de www.uvex-safety.de

Kontakt: WEGMANN automotive GmbH & Co.KG Dietmar Wagenschein Rudolf-Diesel-Str. 6 97209 Veitshöchheim 0931 / 32104-300 dietmar.wagenschein@wegmann-automotive.com www.wegmann-automotive.com

Werden auch Sie Mitglied im Nanonetz Bayern e.V.! Fragen beantworten wir gerne telefonisch unter +49 931 31-80570 oder per Mail über info@nanoinitiative-bayern.de Wir freuen uns Sie persönlich kennenzulernen und mit Ihnen zusammenzuarbeiten.


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EXAKT – Gezielt dispergieren für definierte Eigenschaften von Nano-Suspensionen Nanopartikel neigen zur Agglomeration, aber nur vereinzelt entfalten sie ihre spezifischen Eigenschaften.

Präzisions-Dreiwalzwerke

EXAKT entwickelt und produziert Präzisions-Dreiwalzwerke zum gezielten, kontrollierten Dispergieren für die Steuerung funktionaler Eigenschaften von Nano-Suspensionen. Die Qualität einer Suspension ist entscheidend für die Qualität des Endproduktes. Entscheidend für die Qualität einer Suspension sind eine definierte, homogene Partikelgröße und -verteilung, die Erhaltung von Partikelstruktur und -funktion sowie

rheologische Eigenschaften. Prozesskontrolle und Reproduzierbarkeit sind somit ausschlaggebend für Qualität. EXAKT Präzisions-Dreiwalzwerke eignen sich für ein großes Spektrum an Nano-Partikeln und Viskositäten in Bereichen wie Elektronik, insbesondere gedruckte Elektronik (Sensoren oder Widerstände, flexible Displays, Batterien, PV…), funktionale Farben, Klebstoffe, Technische Keramik oder Beschichtungen.

Kontakt: Dipl.-Ing. (FH) Ulf Köpke

EXAKT Advanced Technologies GmbH Robert-Koch-Straße 5 22851 Norderstedt/Germany E-mail: info@exakt.de www.exakt.de

Deagglomeration und feine, homogene Verteilung von Partikeln durch gezielten Energieeintrag in Stoffgemische aus flüssiger und fester Phase


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Oberflächenbeschichtung im Alltag

Mit Holz+Stein Versiegelung behandeltes Hartholz. Die Wassertropfen bilden Perlen aus und können nicht mehr in das Holz eindringen

Zur Hälfte behandelte Jacke mit Textil Kunstfaser Versiegelung. Durch die Versiegelung wird der vorher saugende Stoff wasserabweisend. Die Atmungsaktivität bleibt dabei vollständig erhalten!

schiedene Faktoren. neben dem Versiegelungsprodukt ist die Vorbereitung des Untergrundes ein wesentliches Moment für die Haltbarkeit der Versiegelung. Global Prefer bietet in unterschiedlichen Fachbereichen - Automotive, Facility, Home&Garden und Maritim komplette Lösungen. Durch eine abgestimmte Palette von Reinigungs- und Polierprodukten, über die Versiegelung bis zu Pflegeprodukten gewährleisten wir ein optimales Ergebnis. Die Vermarktung erfolgt über geschulte Dienstleister wie Autoaufbereiter, Glasfachleute, Steinmetze, Gartenbauer usw. Distributoren und Handelsketten können Produkte mit Eigenbranding beziehen. Eine Spezialität von Global Prefer ist die Eigenmarke auch bei kleinen Auflagen. Die Datenblätter und Sicherheitsdatenblätter gibt es in den wichtigsten europäischen Sprachen. Aber auch russisch, chinesisch und arabisch sind verfügbar.

Eventuell notwendige Schulungen werden zentral aber auch beim Kunden im In- und Ausland durchgeführt. Neben Standardanwendungen bietet Global Prefer individuelle, angepasste Lösungen für Hersteller. Im Automobilbereich konnten zusammen mit Zulieferfirmen der Autoindustrie Speziallösungen für den Bereich Glas, Lack und Cabrio Verdeck entwickelt werden. Autor: Karl-Heinz Ostermeier

Global Prefer AG Lagerlechfelder Str. 38 86836 Untermeitingen Tel.: +49 (8232)99550-0 Fax: +49 (8232)99550-199 E-mail: kho@global-prefer.com www.global-prefer.com

nano4consumer

Die Global Prefer AG vertreibt seit 2005 Produkte zur Beschichtung von unterschiedlichsten Oberflächen. Was anfangs nur von Spezialisten angewendet werden konnte, ist jetzt bereit für den Konsumermarkt. Diese Beschichtungen schützen gegen Verschmutzungen und bei saugfähigen Untergründen gegen das Eindringen von Flüssigkeiten. Wasserabweisend und diffusionsoffen sind kein Widerspruch. Der Effekt wird allgemein mit: Easyto-clean – einfacher zu reinigen – beschrieben. Dies hat bei der Reinigung zur Konsequenz: weniger Wasser weniger Chemie weniger Energie weniger Kraft weniger Zeit und ist damit umweltfreundlich. Steinböden und Fliesen, Glaswände und Edelstahl werden durch die Nanoversiegelung pflegeleichter. Bedenken gegen den Einsatz nanoskalärer Partikel werden bei Global Prefer ernst genommen, z.B werden keine Produkte mit Feinstzerstäuber angeboten. Letztendlich entscheiden über die Qualität einer Versiegelung ver-


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Microtrac Europe GmbH – Analysegeräte zur Charakterisierung von Nanopartikeln

Analysegeräte

Kleinste Partikel entstehen in Wachstums- oder Zerkleinerungsprozessen. Diese beiden Anwendungen überschneiden sich in einem weiten Bereich um 0,1 µm = 100 nm. Hier liegt die Grenze zur Nano-Welt. In der Praxis hat man es sehr häufig mit einem Gemisch von beiden zu tun, was sich in unserem Geräteportfolio „Total Solutions in Particle Characterization“ widerspiegelt. Mit Laserbeugung lässt sich eine Vermahlung in der Größenanalyse bis 10 nm verfolgen. Wegen der großen Oberfläche von Nanopartikeln und der Neigung mit anderen zu reagieren, ist die Stabilitätsanalytik mit Hilfe von Ladungs- und Größenmessgeräten sehr wichtig. Dies beginnt im Sub-Nanometer- und endet im Mikrometerbereich. Für eher wissenschaftliche Anwendungen ist es die Particle Tracking–Methode, für industrielle Anwendungen die Kombination von DLS- Größensensor und Ladungs-Fingerprinting.

intuitive Software ausgewertet. Es ist keine Kalibrierung erforderlich.

Partikel-Kolloidanalytik umfassend Eine für die Formulierung bisher nie dagewesene Effizienz in der Nanopartikel-Charakterisierung bietet das „DUO“ Stabino® & NANO-flex

tikel Tracking im ZetaView® Laser Lichtstreulicht Mikroskop bietet eine attraktive Alternative automatisch Nanopartikel bis runter zu 10/20 nm in Größe und Konzentration von 105/ mL reproduzierbar zu messen. Die Größe ist abgeleitet von der Brown’schen Bewegung, Zetapotenzial von der elektrophoretischen Mobilität, Konzentrationsanalyse ist mit beiden Methoden möglich. Das System ist vibrationsentkoppelt und verfügt über eine Autofokusfunktion. Verteilungsdaten und Multiple Point Scans stehen in Minuten zur Verfügung und werden über die

ZetaView®: Größe, Zetapotenzial und Zählung von Nanopartikeln In der Spurenanalyse von Wasser oder Mikrovesikel-Diagnose sind übliche Verfahren wie DLS dynamische Lichtstreuung oder LDE Laser Doppler Elektrophorese nicht sensitiv genug um geringe Anteile von kleinen Partikeln oder Agglomerate zu detektieren. Par-

Zetapotenzial - Titrationen mit Stabino und 180° DLS Partikelgrößenanalysen mit NANO-flex führen zu einem umfassenden Gesamtbild einer Kolloidformulierung. pH, Leitfähigkeit und Gesamtladung sind einige der Titrationsvariablen. Mit beiden Methoden zusammen wird ein Größenbereich von 0,3 nm bis 300 µm abgedeckt. Für die Analysen bedarf es keines oder kaum eines Probenparameters. Die höchstmögliche Stoffkonzentration liegt bei 40 Vol%. Das Debye-Modul in der DLS-Software liefert eine einfache Methode zur Molgewichtsbestimmung. Als Resultat erhält man: Stabilitätsaussagen Agglomerationsverhalten Dosierungsergebnisse Beschichtungsnachweise einen Fingerprint seiner kolloidalen Probe.

Kontakt: Microtrac Europe GmbH

Aus der Beweglichkeit einzelner Nanopartikel ohne und mit Feld wird die Größen- und Ladungsverteilung der Partikel abgeleitet

Am Latumer See 11 40668 Meerbusch Tel.: +49 (0)2150-705679-0 Fax: +49 (0)2150-705679-29 E-mail: info@microtrac-europe.com www.microtrac-europe.com


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Von der Entwicklungsidee zum fertigen Produkt Serviceleistung Mikroproduktion und Messtechnik

100 mm-Siliziumscheibe mit ca. 400 mechanischen Sonden, die im Auftrag eines Kunden produziert wurden

Reinräume der Klasse 10 bis 1000 sowie ergänzend zu unserer eigenen Technologie den kompletten Anlagenpark zur Fabrikation von 100mm bzw. 150mm Wafern nutzen.

Anordnung von Mikrosensoren, die individuell adressierbar sind

Mikrotechnische Produktionsmethoden

Unser Unternehmen beschäftigt sich seit 2001 mit der mikrotechnischen Herstellung von MEMSBauteilen. Um dreidimensionale mechanische Strukturen wie Cantilever, Membrane und Kanäle zu erzeugen, nutzen wir unter anderem die Methode des selektiven Ätzens von Silizium oder das Abscheiden von dünnen Schichten. Wir verfügen über Erfahrung in der Strukturierung von dünnen Schichten wie auch in der Strukturierung von Vollmaterialien.

Die folgenden Produktionstechnologien, welche sonst integraler Bestandteil des Gesamtprozesses sind, stellen wir unseren Kunden aber auch einzeln als Serviceleistung zur Verfügung: Produktsimulation, Produktentwicklung, Prozessentwicklung, Maskendesign, Realisierung von Prototypen, Kleinund Großserienproduktion, Qualitätskontrolle. Seit 2010 sind wir nach DIN ISO 9001 und 14001 zertifiziert. Eine ausgereifte Messtechnik ist grundlegend für die Produktion von MEMS-Bauteilen. Unter anderem stehen uns dafür die folgenden Messgeräte zur Verfügung: Rasterelektronenmikroskop, Rastersondenmikroskop, Weißlichtinterferometer, Optisches Schichtdickenmessgerät, Nano-Vibrometer. Selbstverständlich werden alle Messungen, für die es notwendig ist, unter Reinraumbedingungen durchgeführt, um optimale Ergebnisse zu gewährleisten.

Kontakt: NanoWorld Services GmbH Schottkystraße 10 91058 Erlangen Tel: +49 (0)9131 7612-05 Fax: +49 (0)9131 7612-02 www.nanoworld-services.com

Mikro-elektro-mechanische Systeme

NanoWorld Services bietet Dienstleistungen im Bereich mikro-elektro-mechanischer Systeme (MEMS) an. Wir setzen die individuellen Entwicklungsideen unserer Kunden in industriell gefertigte Produkte um. Dafür stellen wir einen umfassenden Service zur Verfügung, der von der Produktsimulation, über die Prozessentwicklung bis hin zur Serienproduktion (Lohnfertigung) reicht. Als Spezialist für die Herstellung mikrotechnischer Produkte nutzen wir dabei vor allem die Methoden der Halbleitertechnologie. Als OEM MEMS-Hersteller streben wir langfristige Geschäftsbeziehungen mit unseren Kunden an und richten alle unsere Aktivitäten danach aus. Unser Unternehmen setzt sich aus hoch qualifizierten und motivierten Mitarbeitern zusammen, die mehr als 50 Jahre Erfahrung im MEMSBereich vorweisen können. Teamorientiertes Arbeiten und eine hohe analytische Fähigkeit versetzen uns in die Lage, jede noch so spezielle Herausforderung, vor die unsere Kunden uns stellen, zu bewältigen und ihnen dabei Zeit und Geld einzusparen. Dabei ist uns der stetige Kundenkontakt und eine effektive Kommunikation besonders wichtig. Unser Firmensitz befindet sich im Gebäude des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie in Erlangen. Das ermöglicht uns eine vielfältige wie enge Zusammenarbeit mit dieser anerkannten Forschungseinrichtung im MEMS-Bereich. So können wir


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NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH

Fit für die Herausforderungen des Nanozeitalters Die NETZSCH Gruppe ist ein weltweit tätiges Familienunternehmen, mit Stammsitz in Selb/Bayern. Weltweit 140 Vertriebs- und Produktionszentren in 27 Ländern unterstreichen die internationale Präsenz. Die drei Geschäftsbereiche Analysieren & Prüfen, Mahlen & Dispergieren und Pumpen & Systeme agieren selbstständig mit dem Ziel, dem Kunden die jeweils beste Lösung zu bieten. Erfahrung aus über 130 Jahren bringt Technologie und Marktführerschaft. Der Geschäftsbereich Mahlen & Dispergieren bietet ein umfassendes Programm für sämtliche Aufgabenstellungen in den verfahrenstechnischen Aufbereitungsstufen Dispergieren, Entlüften, Nass- und Trockenmahlen und Sichten. Die Maschinen der Firma NETZSCHFeinmahltechnik GmbH werden für die Verarbeitung von flüssigen und pastösen Produkten und die der NETZSCH-CONDUX Mahltechnik GmbH für die trockene Zerkleinerung eingesetzt. Mit dem bewährten Equipment der NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH ist für Produkte aus unterschiedlichsten Bereichen eine Produktentwicklung im kleinsten Labormaßstab sowie ein scale up in den Produktionsmaßstab möglich. Typische Applikationen sind Farben und Lacke, Pflanzenschutzmittel, Keramik, Hartmetall, Lebensmittel, Pharma und Life Science aber auch InkJet Tinten, UV-Schutz, easy to clean oder anti finger print Beschichtungen. Egal in welchem dieser Bereiche man mit Kunden arbeitet, die Frage nach möglichen ver-

Abb. 1: Zeta® RS – Einfachstes Handling dank schwenkbarem Mahlbehälter

besserten Produkteigenschaften durch Zusatz von Nanopartikeln oder durch Nanobeschichtungen wird immer häufiger. Es existieren viele Ideen. Die NETZSCH-Feinmahltechnik bietet von einer umfangreichen Beratung über Technikumsversuche bis zur kompletten Produktionsanlage maßgeschneiderte maschinentechnische Lösungen an. Mit langen Standzeiten garantieren die Maschinen eine hohe Produktionssicherheit. Die Herstellung feinster Partikeln durch Zerkleinerung grober Partikeln wird als Dispersionsmethode oder als „Top-down“-Verfahren bezeichnet. Für eine solche Zerkleinerungsaufgabe müssen hohe Energiedichten zur Verfügung gestellt werden, wie sie in Rührwerkskugelmühlen realisiert werden können. Rührwerkskugelmühlen werden vorwiegend nass betrieben. Sie werden in vielen Industriezweigen zur Zerkleinerung von Rohstoffen sowie zur Dispergierung feiner Pigmente und von Produkten aus „Bottomup“-Verfahren eingesetzt. Im Gegensatz zu den „Bottom-up“-Verfahren werden bei der Nasszerklei-

nerung in Rührwerkskugelmühlen von der Kugelform abweichende Partikeln erzeugt. Das Produkt liegt als Primärpartikeln stabilisiert in Suspension vor und kann bei vielen Anwendungen ohne zusätzliche Vorbereitung direkt weiterverarbeitet werden. Der Hauptvorteil von Zerkleinerungsprozessen zur Herstellung von Nanopartikeln ist die Scale-up-Fähigkeit dieses Verfahrens. Ein Nachteil der Nasszerkleinerung in Rührwerkskugelmühlen kann die Kontamination des Produktes durch Abrieb an den Mahlkörpern sein. Im kolloidalen Partikelgrößenbereich ist es wichtig, zwischen Echtzerkleinerung und Dispergierung zu unterscheiden. Während bei der Echtzerkleinerung, d.h. der Zerkleinerung grober Primärpartikeln durch Bruch, Druck- und Schlagbeanspruchungen der einzelnen Primärpartikeln realisiert werden müssen, schaden diese direkten Beanspruchungen bei der Dispergierung agglomeriert vorliegender nanoskaliger Primärpartikeln oft. Grund hierfür ist die Änderung der mechanischen Eigenschaften der Produktpartikeln


NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH mit abnehmender Partikelgröße von spröd-elastischem Verhalten zu plastischem Verhalten. Übergänge von kristalliner zu amorpher Materialstruktur oder mechanochemisch ausgelöste Reaktionen können die Produkteigenschaften negativ beeinflussen. Agglomerate aus nanoskaligen Primärpartikeln sollten hauptsächlich durch Scherung beansprucht werden, wozu der Einsatz kleinster Mahlkörper bei sehr geringen Umfangsgeschwindigkeiten in der Mühle erforderlich ist. Für diese komplexen Aufgaben hat die Firma NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH eine neue Mühlengeneration mit dem Namen Zeta® RS entwickelt (Abb. 1). Durch das weiterentwickelte Mahlkörperabtrennsystem mit rotierendem Sieb können in der Zeta® RS Mahlkörper mit Durchmessern ab 50 µm eingesetzt werden. Zusätzlich verfügt diese neue Mühle über ein sehr bedienerfreundliches Handling, da der Mahlraum der Maschine, ähnlich wie bei einer Labormaschine, für den Befüll- den Operationsvorgang sowie für die Entleerung geschwenkt werden kann. Die Bandbreite an Rührwerkskugelmühlen reicht von kleinsten Labormaschinen bis zu gigantischen Produktionsmaschinen mit einem Mahlraumvolumen von 10.000 l (Abb. 2).

Abb. 2: Rührwerkskugelmühle M 10.000

Die horizontale Scheibenrührwerkskugelmühle M 10.000, mit einer Antriebsleistung von 3,25 MW und einem Gesamtgewicht von ca. 65 t, wird von den größten Minenbetreibern in aller Welt in der Erzaufbereitung eingesetzt. Die Einbindung in den Aufbereitungsprozess hat eine weitere Steigerung der Gesamtausbeute beispielsweise von

Abb.3: Labormühle MicroCer

Platin, Gold oder Kupfer zur Folge. Aber auch die kleinsten kontinuierlich arbeitenden Mühlen mit den Namen MicroFer, MicroPur oder MicroCer (Abb. 3) mit einem Mahlraumvolumen von 80 ml erfreuen sich wachsender Beliebtheit bei den Kunden der NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH. Produkte aus verschiedensten Industriebereichen werden auf diesen Labormaschinen entwickelt und anschließend im Produktionsmaßstab hergestellt. Im Bereich der Dispergiertechnik ist der Ψ-Mix® (Abb. 4) eine der herausragenden Entwicklungen der letzten Jahre. Im Vergleich zu herkömmlichen Dispergieraggregaten benötigt der InlineDispergierer bei in der Regel besseren Ergebnissen nur einen Bruchteil der Energie, ist nahezu wartungsfrei und ermöglicht eine Feststoffzugabe von bis zu 5 m3 Schüttvolumen/h. Der niedrige nötige spezifische Energieeintrag während des Dispergiervorgangs erlaubt die Verarbeitung temperaturempfindlicher Produkte. Ein weiteres herausragendes Merkmal des Ψ-Mix® ist der staub- und emissionsfreie Dispergiervorgang, der in einem geschlossenen Prozessraum stattfindet. Zusätzlich zeichnet sich die Maschine durch eine im Vergleich zu konventionellen Dispergierern mit Rotor-Stator-Systemen geringere Störanfälligkeit gegenüber Fremdkörpern in Pigmentschüttungen aus. Durch die konstruktive Ausführung des Inline-Dispergierers können sowohl tempera-

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turempfindliche Produkte als auch solche mit einem breiten Viskositätsspektrum verarbeitet werden. Die Feststoffzugabe erfolgt äußerst flexibel entweder über BigBag, Container, Silo oder Sackware. Der Ψ-Mix® ist die prädestinierte Maschine für die Einbindung in automatisierte Anlagen und zur Verarbeitung großer Ansätze besonders in emissionskritischen oder explosionsgeschützten Bereichen.

Abb. 4: Inline-Dispergierer Ψ-Mix®

Die NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH ist technologisch führend am Weltmarkt. Erfahrungen aus mehr als 50 Jahren, eine gesunde Personalstruktur, sowie Teamund Innovationsgeist garantieren den Kunden der NETZSCHFeinmahltechnik GmbH beste Beratung und maßgeschneiderte Lösungen für zukünftige Aufgabenstellungen. Autor:

Dr.-Ing. Stefan Mende Manager of Research & Development Sales SupportNanotechnology

NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH Sedanstrasse 70 95100 Selb Tel.: +49 9287 797-215 Fax: +49 9287 797 149 info.nft@netzsch.com www.netzsch-grinding.com


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Pflegefrei-Parkett

Nano auf dem Parkett spart zeitaufwändige Pflege Dank einer neuen und intelligenten Parkettlösung bleiben langwierige und regelmäßige Pflegerituale erspart. Ermöglicht wird dies durch die, dank Nanotechnologie erzielte, einzigartige porentiefe Spezialversiegelung. So wird der Glanz des anfänglich neuen Produktes erhalten und der Boden bleibt dauerhaft schön – ganz ohne Pflege. Die 7-fach-Lackversiegelung der PRO STRONGOberfläche – eine einzigartige Versiegelungstechnologie – schützt den Parkettboden auch bei starker Beanspruchung gegen Kratzer und Abrieb. Die jahrzehntelange Erfahrung mit der Trocknung garantiert höchste Formstabilität, Passgenauigkeit und verhindert problematische Fugenbildung bei empfohlenem Raumklima. Mit dem Ergebnis, dass sich Schmutz und Staub nicht einlagern und nicht tiefer eindringen können. Die PROSTRONG-Oberfläche des Pflegefrei-Parketts ist mit dem “Blauen Engel” versehen. Der “Blaue Engel” kennzeichnet als weltweit ältestes und bekann-

Pflegefrei Diele, Eiche kerngeräuchert

testes Umweltzeichen jene Produkte, die besonders umweltfreundlich sind und gleichzeitig hohe Ansprüche an Gesundheitsund Arbeitsschutz erfüllen.

Reinigung leicht gemacht Lediglich eine schonende Reinigung ist für das einzigartige Pflegefrei-Parkett von Nöten und selbst diese wird durch die speziellen Reinigungsprodukte leicht gemacht. Für die optimale und einfache Reinigung des PflegfreiParketts wurde der “Clever-Clea-

ner” entwickelt. Dieses optimal auf den Pflegefrei-Parkett abgestimmte Reinigungsprodukt gewährleistet dauerhaft saubere, hygienische und schöne Parkettböden. Wer sich für Pflegefrei-Parkett entscheidet, benötigt lediglich Wasser und den “Clever-Cleaner” und spart sich aufwendige und komplizierte Parkettpflege. Natürlich sind alle verwendeten Produkte ökologisch getestet und für Mensch und Natur völlig unbedenklich! Autor: Robert Stelzl

Parkett Stelzl

Pflegefrei-Parkett, Strip-Optik, Eiche natur

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Silber Nanodrähte: Rohstoff für globale Megatrends

Perkolierendes Netzwerk (TEM-Aufnahme) aus Silbernanodrähten . rent a scientist GmbH, Regensburg

stiegs von ITO in den letzten Jahren und aufgrund der begrenzten Ressourcenverfügbarkeit ist in naher Zukunft dringender Bedarf nach Ersatz von ITO vorhanden. Im Wesentlichen werden in der aktuellen Forschung und Entwicklung drei Substanzklassen zum Ersatz von transparenten leitfähigen Oxiden (z.B. ITO) untersucht: Organische leitfähige Poly-

Leitfähige, transparente Silbernanodrahtbeschichtung einer PET- Folie

mere, Kohlenstoffnanoröhren und metallische Nanodrähte. Das Prinzip der Erzeugung transparenter, leitfähiger Beschichtungen mit Silber-Nanodrähten ist einfach und einleuchtend. Eine Flächenleitfähigkeit wird erreicht, wenn leitfähiges Material einen durchgehenden, durch nichts unterbrochenen Film bildet. Im Falle kugelförmiger Partikel wird – damit sich alle Kugeln berühren – ein großer Flächenanteil an Kugeln benötigt. Bei Silber geht dies zu Lasten der Transparenz, hier bildet sich dann ein Silberspiegel aus. Bei Silbernanodrähten reicht es aus, wenn die Drähte perkolieren, also ein zusammenhängendes Netzwerk ausbilden. Dies macht es möglich, hochtransparente Netzwerke bei sehr wenig Materialverbrauch zu erzeugen. Transparente, leitfähige Elektroden sind für eine Vielzahl von Anwendungen substanziell, insbesondere bei der Herstellung optoelektronischer Bauteile. Touch-

screens, Solarzellen, Flüssigkristallbildschirme und Leuchtdioden sind hierbei mögliche Anwendungsbeispiele. In Bayern hat das technologiegetriebene Unternehmen ras materials GmbH aus Regensburg einige grundlegende Patente zur Herstellung von Silber Nanodrähten angemeldet. Damit setzt sich die bayerische Technologieschmiede an die Spitze der Produzenten des begehrten Silber-Nanomaterials. Im Bereich der Nanotechnologie hat die Regensburger Technologieschmiede längst weltweite Bedeutung erlangt. Im Team mit dem Schwester-Unternehmen, der rent a scientist GmbH wird bereits seit vielen Jahren Forschung und Entwicklung auf höchstem Niveau betrieben: die hergestellten Silber-Nanomaterialien gelten als Industrie-relevante Standard-Referenzmaterialien der OECD (Organisation of Economic Cooperation and Development).

Autor: Dr. Georg Maier Executive Partner

rent a scientist GmbH Nussbergerstr. 6b D-93059 Regensburg Fon: +49 (0)941/60 717-59 Fax: +49 (0)941/60 717-44 www.rent-a-scientist.com

Silber Nanodrähte

Kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) bilden nicht nur in Bayern das Rückgrat der modernen Nanotechnologie, die schon in naher Zukunft den Ressourcenverbrauch unserer Weltwirtschaft in vernünftige Bahnen lenken soll. Insbesondere in den modernen Industriestaaten wächst der Hunger nach immer neuen Elektronikprodukten und damit auch die Nachfrage nach den zugrundeliegenden Werkstoffen. Silbernanodrähte stellen ernstzunehmende Alternativen zu dem bisher den Markt dominierenden Indiumzinnoxid (indium tin oxide, ITO) dar. Wegen des rasanten Preisan-


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Einwegbekleidung mit Silber Antibakterielle Ausrüstung durch AgPure™ Nanosilber

Antibakterielle Ausrüstung

Als innovativer Markensystemanbieter mit Herstellerkompetenz steht die uvex safety group seit Jahren für anspruchsvolle Arbeitsschutzausrüstung von Kopf bis Fuß. Mit Kopf-, Gehörund Augenschutz, Schutzhandschuhen, Schutz- und Berufsbekleidung sowie Sicherheitsschuhen deckt das Fürther Unternehmen dabei nahezu alle relevanten Produktgruppen unter einer Marke ab. Eine aktuell entwickelte Kollektion von leichtem Atemschutz und funktionale Einwegbekleidung ergänzen das umfassende PSA-Sortiment. Bei ihrer täglichen Arbeit sind Menschen besonderen Gefahren ausgesetzt – von Feinstaub und Lärm über fallende Gegenstände bis hin zu aggressiven Chemikalien, Viren und Bakterien. Die Mission von uvex ist es, Menschen vor diesen Gefahren zu bewahren. Für uvex bedeutet dieser Anspruch nicht nur innovative PSA-Produkte auf höchstem Niveau und hervorragenden Tragekomfort, sondern auch individuelle Beratung, Wissenstransfer und eine Vielzahl an Serviceleistungen.

uvex Einwegschutzbekleidung Mit der Produktlinie Einwegschutzbekleidung bietet uvex hochfunktionale Schutzoveralls in den Schutztypen 3B, 4B und 5/6 für die unterschiedlichsten Einsatzbereiche: Vom Einwegoverall gegen Schmutz und Staub bis hin zu speziellen Schutzlösungen gegen Viren und Bakterien. Hochwertige High-Tech-Materialien sorgen für effektivsten Schutz: Die Oberflächen der uvex 3B extra vibatec-Anzüge werden mit dem bakteriostatisch wirkenden Additiv AgPURE™ beschichtet. AgPURE™ vereint die Leistungsfähigkeit der

seltätigkeit der Mikroorganismen stammende Gerüche, verhindert Schimmelbildung und reduziert wirksam das Wachstum von schädlichen Keimen.

Wirkung von AgPURE™ Nanosilber Schutz vor einer breiten Palette an Chemikalien und Mikroorganismen – uvex 3B extra vibatec

antibakteriellen Breitenwirkung von Silber mit einer sehr niedrigen Dosierung aktiver Nano-Partikel und damit einer hohen Sicherheit und Nachhaltigkeit. Die in die Beschichtung integrierten Silberionen haben eine wissenschaftlich nachgewiesene antimikrobielle Wirkung und schützen den Träger aktiv vor Viren und Bakterien. AgPURE™ reduziert zudem wirksam von der Stoffwech-

Silber ist ein effizientes, aber sehr sanftes antimikrobielles Mittel und gilt für den Menschen und die Umwelt als unbedenklich. Die effektiven Konzentrationen von AgPURE™ sind extrem niedrig und liegen bei ca. 0,01%Silber. AgPURE™ rüstet Oberflächen bakteriostatisch aus, d.h. die Oberfläche schützt sich selbst vor Bakterien, Pilzen und Viren. Es ist für das menschliche Auge unsichtbar und in seiner Wirkung äußerst effizient, ohne die Basiseigenschaften des Materials zu verändern. Kontakt: Dr. Maria Raidel UVEX ARBEITSSCHUTZ GMBH

Schematische Darstellung der AgPURE™ Wirkung auf Mikroben

Würzburger Str.189, DE-90766 Fürth Tel.: +4991197361927 Fax: +49 911 9736 1302 +49 151 58246400 mailto:M.Raidel@uvex.de http://www.uvex.de


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Das Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung der Universität Augsburg Im Jahr 2000 wurde mit dem Ziel der Errichtung einer „lokalen Anlaufstelle für die Industrie“ das Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung (AMU) am Institut für Physik (IfP) der Universität Augsburg gegründet. Im Bereich Festkörperphysik und Materialforschung ist das AMU der kompetente Partner für Forschungs- und Entwicklungsprojekte der Industrie in Zusammenarbeit mit dem IfP und dem neugegründeten Institut für Materials Resource Management (MRM) der Universität Augsburg. Die Professoren des IfP und des MRM haben ihre Fachkompetenzen zur Umsetzung anwendungsbezogener Industrieprojekte im AMU gebündelt. Dieses Angebot wird von vielen schwäbischen Unternehmen rege genutzt. Die Leistungspalette des AMU reicht von der Abwicklung kurzfristiger materialwissenschaftlicher Analysen bis hin zu perspektivischen Kooperationsvorhaben in der Material- oder Verfahrensentwicklung. Das AMU greift dabei auf die vielfältigen Analysemöglichkeiten, die an den beiden Instituten IfP und MRM vorhanden sind, zurück. Hier einige Beispiele: Mikroskopie und Topographie Mechanische Eigenschaften Magnetische und elektronische Eigenschaften Phasen- und Strukturanalyse Chemisches und Thermisches Reaktionsverhalten

Materialbeschichtung und Modifikation Das AMU unterstützt die Industrie durch folgende Dienstleistungen: Vermittlung, Planung und Koordination der Zusammenarbeit Einwerbung von Fördermitteln Projektmanagement mit individueller Vertragsgestaltung, Schutzrechtsmanagement, Terminüberwachung, Controlling Bereitstellung modernster Labore und High-Tech-Geräte Die Vielfalt der Analysemöglichkeiten und die gezielte Erweiterung des Methodenparks führen zu einem stetigen Wachstum des Kundenstamms. Neue Geräte wie z.B. der „Universielle NAnomechanische OberflächenTaster“ (UNAT), der die schnelle und umfassende Bestimmung mechanischer Kenndaten einer Materialoberfläche oder Beschichtung erlaubt, oder die neue Anlage zur empfindlichen und ortsaufgelösten Analyse der Elementzusammensetzung von Werkstoffen an der Oberfläche (Auger-Sonde) erlauben die Bearbeitung vielfältigster Aufgabenstellungen in der angewandten Forschung. Ein Beispiel für eine besonders innovative und überaus erfolgreiche Kooperationsform ist das 2012 beendete Projekt der wissenschaftlichen Kompetenzbüros, das erstmals im hochaktuellen Themenfeld der Carbonfaserverstärkten Kunststoffe (CFK) durchgeführt wurde: Sechs wissenschaftliche „Projektarchitekten“ unterstützten die Unternehmen die-

ser Branche bei der Initiierung und Umsetzung von Kooperationsvorhaben mit wissenschaftlichen Institutionen. Die Realisierung dieses einzigartigen Konzepts gelang mithilfe der Firmen SGL Group, der MT Aerospace AG, dem Carbon Composites e.V., sowie mit Fördermitteln aus dem ESF-Fonds der Europäischen Union. Die Universität Augsburg ist auch im Bereich der Nanowissenschaften aktiv. Ein Beispiel ist der Artikel „Die perfekte Welle“ auf Seite 48. Ein weiteres Beispiel ist die Zusammenarbeit mit der Firma AxynTeC Dünnschichttechnik GmbH im Bereich der Entwicklung innovativer dünner Schichten und Schichtsysteme, sowohl zum Design neuer funktioneller Materialen, als auch zur Klärung grundlegender physikalischer Fragestellungen in diesem Bereich. So konnten beispielsweise dünne, transparente Teflonschichten (PTFE) hergestellt werden, die die wichtigste Eigenschaft von PTFE, nämlich die geringe Benetzbarkeit, beibehalten haben. Zudem zeigen sich gute Hafteigenschaften der Schicht auf dem Untergrund, so dass sie für den Einsatz in verschiedensten Anwendungen geeignet sind. Kontakt: Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung Universität Augsburg, Universitätsstr. 1a 86159 Augsburg Tel.: 0821/598 3590, Fax: 0821/598 3599 info@amu-augsburg.de www.amu-augsburg.de

Festkörperphysik und Materialforschung

Materialwissenschaftliche Kompetenz in Ihrer Nähe


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EU-Forschungsförderung

EU-Forschungsförderung für Nanotechnologien Sie sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken und doch für das menschliche Auge unsichtbar: Nanopartikel (griechisch nános = der Zwerg) umfassen die Größenordnung von 10-9 m, das heißt ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter groß. Zum Vergleich: Unser Fingernagel wächst ungefähr einen Nanometer pro Sekunde. Und doch dominieren ebendiese „kleinsten Teilchen“ unseren Alltag: Ob als Creme in der Kosmetikindustrie, als kratzfester Bestandteil von Lacken in der Automobilproduktion oder als Keimtöter in medizinischen Produkten, sie sind omnipräsent. Insbesondere in der Medizin und Biotechnologie (Therapie von Krebs, einfachere Krankheitsdiagnosen), in der Nanoelektronik (Entwicklung effizienter Halbleiter, multifunktionelle Sensoren) oder in den erneuerbaren Energien (Solarzellen, katalytische Umsetzung von Biomasse) stehen Wissenschaftler vor großen Herausforderungen, welchen sie vor allem mithilfe der Nanowissenschaft begegnen können. Nicht allein deshalb wird die Nanotechnologie von der EU als eine der wesentlichen Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts angesehen. Marktschätzungen ergeben, dass der Anteil von Nano-Produkten am Weltmarkt bis zum Jahr 2015 rund 700 Mrd. Euro betragen wird. Bis zum Jahr 2020 sollen es sogar zwei Billionen Euro Umsatz sein, das heißt durch diese „Winzlinge“ werden etwa sechs Millionen Arbeitsplätze generiert.1 1

Interinstitutionelles Dossier des Rates der Europäischen Union vom 24. Mai 2012 (10218/12, DE, 2011/0401 [COD], S. 65)

Sonnenlicht wird von KohlenstoffNanoröhren absorbiert und zur Erzeugung elektrischen Stroms genutzt. Bild: Hannes Kraus (Julius-MaximiliansUniversität Würzburg)

Optimale Nutzung der Sonnenenergie durch hochwertige Nanoröhren Welches Potenzial sich aus der Nanotechnologie u. a. auch für die Energiewende ableiten lässt, das erforscht seit dem 1. November 2012 ein internationales Konsortium im europäischen Forschungsprojekt POCAONTAS („Polymer-Carbon Nanotubes Active Systems for Photovoltaics“). Auch fünf bayerische Partner aus Wissenschaft und Industrie beteiligen sich an diesem Projekt. Für die nächsten vier Jahre fördert die Europäische Kommission mit 3,5 Mio. Euro dieses Verbundprojekt mit dem Ziel, eine Alternative zu den siliziumbasierten, in der Herstellung äußerst energie- und kostenintensiven Solarzellen zu finden. Die Solarzellen aus Kunststoff sind besonders ressourcenschonend in der Herstellung und im Recycling, darüber hinaus sind

sie leicht und flexibel, daher also vielfältig einsetzbar. Eine Verbindung von Polymeren mit filigranen Hohlzylindern aus Kohlenstoff-Atomen, sogenannten Kohlenstoffnanoröhren (engl. „carbon nanotubes“, CNT), bietet optimale Voraussetzungen, um die Leistungsfähigkeit von Solarzellen noch weiter zu verbessern. Diese Kohlenstoffnanoröhren ermöglichen einen langjährigen Gebrauch der Zellen durch ihre gute photochemische Stabilität. Zudem absorbieren sie Licht über einen breiten Spektralbereich und ihre Elektronen besitzen eine außergewöhnlich hohe Mobilität. All diese Eigenschaften sollen zu einer effizienten Umwandlung der Solarenergie beitragen. Die bisherigen polymerbasierten Solarzellen erreichen allerdings noch nicht den Wirkungsgrad der siliziumbasierten Solarzellen. Dieser Herausforderung stehen die Wissenschaftler aus dem Projekt ambitioniert gegenüber und möchten mithilfe modernster spektroskopischer Methoden das Zusammenspiel der Materialien optimieren und für die moderne Energieerzeugung nutzbar machen. Die Ausbildung junger Wissenschaftler ist neben der Forschung ebenfalls ein wesentliches Ziel des Projekts, welches über ein „Initial Training Network“ (ITN) im 7. Forschungsrahmenprogramm der EU gefördert wird. Die Projektpartner aus Wissenschaft und Industrie bieten netzwerkweit wissenschaftliche und komplementäre Kurse und Workshops für die Nachwuchswissenschaftler an.


EU-Forschungsförderung Innovationsmotor des 21. Jahrhunderts Die Nanotechnologie ist ein Innovationsmotor für viele Industriezweige. Die Europäische Kommission trägt dem im aktuellen 7. Forschungsrahmenprogramm (FP7, 2007-2013) Rechnung – mit ca. 3,5 Mrd. Euro allein für den Themenbereich „Nanowissenschaften, Nanotechnologien, Neue Materialien und Produktionstechnologien – NMP“. Dies entspricht etwa fünf bis zehn Prozent des gesamten Fördervolumens des FP7. Auf die Förderung von Querschnittstechnologien legt die EU ebenfalls großen Wert; somit finden sich Förderthemen der Nanotechnologie und der Neuen Materialien auch in Technologiebereichen wie Gesundheit, Informations- und Kommunikationstechnologien sowie Energie wieder. Damit werden die langfristigen Ziele verfolgt, eine bessere Lebensqualität mit einer höheren Lebenserwartung, eine sichere Umwelt sowie Energieeinsparungen zu ermöglichen.

Schwerpunktthema Nanotechnologie in „Horizon 2020“ Auch im künftigen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation der EU, Horizon 2020, werden ab 2014 Themen aus der Nanotechnologie in allen drei thematischen Säulen „Exzellente Wissenschaft“, „Führende Rolle der Industrie“ und „Gesellschaftliche Herausforderungen“ zu finden sein. Der Schwerpunktbereich liegt in der zweiten Säule. Zur Umsetzung wurden hierfür die sogenannten „Key Enabling Technologies – KET“ in sechs Forschungsfelder integriert: Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) Nanotechnologien Innovative Werkstoffe Biotechnologien Fortgeschrittene Fertigung und Verarbeitung Raumfahrt

Im bisherigen Vorschlag der EUKommission zu Horizon 2020 ist für die KETs ein Budget von 13,7 Mrd. Euro vorgesehen, davon sind etwa vier Milliarden Euro für Querschnittstechnologien angedacht.

Kompetente Unterstützung für Ihr EU-Projekt Bayerischen Universitäten, Hochschulen für angewandte Wissenschaften und kleinen bzw. mittleren Unternehmen (KMU), die Interesse an europäischer Forschungsförderung haben, bietet die Bayerische Forschungsallianz professionelle Beratung und Begleitung vor, während und nach der Antragstellung an. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem FP7 und in Zukunft auf Horizon 2020. Unsere wissenschaftlichen Referenten informieren hierfür fachspezifisch, beraten strategisch und unterstützen aktiv bei der Projektanbahnung, dem Aufbau von internationalen Forschungskonsortien und der Antragstellung. Im Falle einer erfolgreichen Evaluierung leistet die BayFOR Hilfestellung bei den Vertragsverhandlungen mit der Europäischen Kommission und übernimmt gegebenenfalls das Projektmanagement sowie die Verbreitung von wissenschaftlichen Ergebnissen (Dissemination). So unterstützte die BayFOR auch das POCAONTAS-Konsortium bei der Antragstellung und wird voraussichtlich als assoziierter Partner für einen Teil der Ausbildung im Rahmen des ITN verantwortlich sein. Ein weiteres Anliegen der BayFOR ist es, die Beteiligung von bayeri-

31 schen Unternehmen – insbesondere von KMU – an europäischen Förderprogrammen zu erhöhen. In dem Beratungsnetzwerk für KMU „Enterprise Europe Network“ (EEN) ist die BayFOR eine Partnerorganisation und in Bayern die Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Im Auftrag des Bayerischen Staatsministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst betreut die BayFOR darüber hinaus das Bayerische Hochschulförderprogramm zur Anbahnung internationaler Forschungskooperationen (BayIntAn). Die Anbahnungshilfe soll eine länderübergreifende Zusammenarbeit in der Forschung von staatlichen bayerischen Universitäten und Hochschulen für angewandte Wissenschaften initiieren bzw. vertiefen. Die Bayerische Forschungsallianz ist eine Partner-Organisation im Haus der Forschung Weitere Informationen: www.bayfor.org www.hausderforschung.bayern.de Bild Nanoröhre (Copyright:Tyler Boyes, Shutterstock)

Kontakt in der BayFOR: Fachreferat Informations-/Kommunikationstechnologien, Natur- und Ingenieurwissenschaften POCAONTAS:

Dipl.-Ing. Bohyun Katharina Lee Wissenschaftliche Referentin Schwerpunkt: Nanowissenschaften und Nanotechnologie Telefon: +49 89 9901888-132 E-Mail: lee@bayfor.org Nanotechnologie:

Dr. rer. nat. Panteleïmon Panagiotou Fachreferatsleiter

Telefon: +49 89 9901888-130 E-Mail: panagiotou@bayfor.org www.bayfor.org


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Das Bayreuther Zentrum für Kolloide und Grenzflächen

Forschung und Anwendung

Nanotechnologie an der Schnittstelle zwischen Forschung und Anwendung Das Bayreuther Zentrum für Kolloide und Grenzflächen (BZKG) ist eine Forschungseinrichtung der Universität Bayreuth in der sich 16 Professuren aus der Chemie, Physik und den Ingenieurswissenschaften zusammengeschlossen haben, um ihre Kompetenzen und Ausstattung zu bündeln. Ziel des BZKG ist es eine Brücke zwischen universitärer Grundlagenforschung und industriellen Anwendungen zu bilden. Die Universität Bayreuth verfügt mit ihren Profilfeldern “Makromolekülund Kolloidforschung” sowie “Neue Materialien” über eine hohe Kompetenz in den Bereichen kolloidaler und grenzflächenbasierter Systeme sowie den Anwendungen in den Bio- und Materialwissenschaften. Mit dem BZKG steht ein direkter Ansprechpartner, gerade für kleine und mittlere Unternehmen, nicht nur aus der Umgebung sondern aus ganz Bayern zur Verfügung. Neben bilateralen Kooperationen ermöglicht das BZKG auch die Verknüpfung mit Verbundprojekten auf Europäischer Ebene. Die im BZKG untersuchten kolloidalen Objekte überstrecken einen Größenbereich von wenigen Nanometern bis zu einigen Mikrometern und beinhalten damit sowohl Nanopartikel als auch die klassischen Bestandteile von Farben und Lacken. Auch Proteine oder Formulierungen für die Kosmetik oder Pharmazie stellen kolloidale Syste-

Monolage aus 180 nm Polystyrolpartikeln, die auf einer 10 µm Kugel abgelegt wurden (Prof. M. Retsch)

me dar. Aufgrund des untersuchten Größenbereiches kann die Kolloidwissenschaft als eine klassische und „grüne“ Form der Nanotechnologie aufgefasst werden. Ihre Ursprünge reichen zurück bis zur Herstellung der ersten Tinten im alten Ägypten oder von kolloidalen Goldsolen im alten China vor mehr als tausend Jahren. Diese Beispiele illustrieren auch ein wesentliches Merkmal der Kolloid- und Makromolekülforschung: Sie besitzt praktisch einen inhärenten Anwendungsbezug, der sowohl neue Impulse für die Grundlagenforschung gibt, aber auch häufig aus der Forschung zu direkt industriell einsetzbaren Produkten oder Prozessen führt. Ein wesentliches Kennzeichen kolloidaler Systeme, ist dass viele ihrer Eigenschaften von der Grenzfläche zur wässrigen Phase und nicht über die Volumeneigenschaften des gelös-

ten Stoffes bestimmt werden. Ein einfaches Beispiel illustriert eindrucksvoll die Bedeutung der Grenzfläche für kolloidale Suspensionen: Die in einem Glas (0.2L) in einer 10% (w/w) Lösung enthaltenen Latexpartikel einer Größe von 1 Mikrometer besitzen zusammen eine Oberfläche von fast 10% eines Handballfeldes. Demensprechend sind es die Eigenschaften der Grenzfläche welche die Eigenschaften der Suspension als Ganzes bestimmen. Beispielsweise bestimmen die Oberflächenkräfte zwischen den Partikeln wie stabil die Lösung gegenüber Aggregation ist und somit wie lange und auch unter welchen Bedingungen (bspw. Temperatur) sie gelagert werden können. In der Grenzflächenforschung werden Phasengrenzen allgemein untersucht, also nicht nur diejenigen zwischen einem Kolloid und der ihn umgebenden Lösung. Ein typisches Beispiel sind wasserbasierte Wandfarben, die nicht nur als Lösung stabil sein sollen, sondern auch gute Haftung zum Untergrund (Grenzfläche zwischen zwei Festkörpern) sowie gute Trockeneigenschaften (Grenzfläche mit der Luft) nach dem Auftragen aufweisen müssen. In der Grenzflächenforschung steht somit die definierte Herstellung von Grenzflächen für spezielle Anwendungen, die gezielte Modifikation durch entsprechende Beschichtungen und natürlich die begleitende


Forschung und Anwendung analytische Untersuchung im Vordergrund. Hierbei können entsprechende Grenzflächen sowohl organischer als auch anorganischer Natur sein. Weitverbreitete organische Grenzflächen sind beispielsweise die Oberflächen polymerer Werkstoffe. Es ist ein besonderes Kennzeichen der Universität Bayreuth, das hier im Bereich der Kolloid- und Grenzflächenwissenschaften sowohl Lehrstühle aus der makromolekularen Chemie, welche sich primär mit Polymeren Werkstoffen sowie zugehörigen Additiven beschäftigen, als auch der anorganische Chemie vertreten sind. Nur durch die Kombination dieser Fachgebiete können beispielsweise sogenannte Hybridmaterialien untersucht und entwickelt werden, wie sie beispielsweise in Flammschutzbarrieren oder für gasundurchlässige Kunststoffversiegelungen Verwendung finden. Auch andere wichtige Prozesse in der Chemie, wie die Katalyse, sind grenzflächendominiert. Ein anderes Beispiel aus der Materialwissenschaft ist die Adhäsion, ein Phänomen welches sowohl für die Entwicklung von Klebstoffen als auch für die Reinigung von Oberflächen wichtig ist. Von zunehmender Wichtigkeit ist aber auch die gezielte Strukturierung von Oberflächen auf der Mikrometer- und Nanometerebene, wie sie aus dem Beispiel wasserabweisender Oberflächen nach dem Lotusprinzip bekannt ist. Durch die am BZKG vertretenen ingenieurwissenschaftlichen Lehrstühle können weiterhin wichtige Kompetenzfelder, wie die Polymere Werkstoffe oder Biomaterialien abgedeckt werden. Eine umfassende analytische Charakterisierung kolloidaler oder grenzflächenbasierter Systeme ist notwendig um die Synthese oder die Anwendungen gezielt optimieren zu können. Durch das BZKG besteht auch für kleinere Firmen die Möglichkeit eines Zugangs zu einer breiten Palette an entsprechenden analytischen Techniken. Neben einer großen Zahl an bekannten

Raster-Elektronenmikroskopie Aufnahme von Copolymer-Mikrogelen beladen mit Gold-Nanostäbchen (Prof. M. Karg)

Techniken, wie Mikroskopie (Rasterelektronen-, Transmissions-, Rasterkraft- und Konfokale Mikroskopie), Licht- und Röntgenstreuung oder elektrokinetischen Methoden, die in den einzelnen Arbeitsgruppen und Key-Laboratorien auf höchstem Niveau betrieben werden, stehen auch eine Anzahl hochspezialisierter präparativer und analytischer Techniken über das BZKG zur Verfügung. Hierzu zählen beispielsweise die Festkörper-NMR, die Messung von Wechselwirkungskräften oder innovative Verfahren zum Elektrospinnen. Für eine umfassendere Zusammenfassung der verfügbaren Techniken wird auf die Webseiten des BZKG verwiesen. Ein typisches Beispiel für die im Umfeld des BZKG freigesetzten Synergieeffekte sind Untersuchungen an Nanoplättchen: Schichtsilikate mit genau definierten Eigenschaften, insbesondere bezüglich ihrer Ladun-

33 gen sowie ihrem Aspektverhältnis, werden am Lehrstuhl für Anorganische Chemie I synthetisiert. Ihre mechanischen Eigenschaften werden durch ein neuartiges, am Lehrstuhl für Physikalische Chemie II entwickeltes Verfahren auf der Ebene einzelner solcher Plättchen bestimmt; dieses Verfahren ähnelt hierbei einem aus der makroskopischen Welt bekannten mechanischen Belastungstest. In Kooperation mit dem Lehrstuhl Makromolekulare Chemie I und dem Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe werden dann solche Schichtsilikate in eine optimierte Polymermatrix eingebunden um Hybridmaterialien mit besonderen Eigenschaften, wie beispielsweise Transparenz und Gasundurchlässigkeit zu erzielen. Das Konzept einer Bündelung verschiedener Kompetenzen aus dem großen Spektrum der Kolloid- und Grenzflächenforschung an der Universität Bayreuth mit dem BZKG als administrativen Ansprechpartner bietet gerade für kleinere und mittlere Unternehmen große Vorteile. Diese verfügen häufig nicht über eigene Forschungsabteilungen und das BZKG bietet einen zentralen Anknüpfungspunkt um die Expertise von Arbeitsgruppen sehr unterschiedlicher Ausrichtung, beispielsweise aus dem Bereich der Anor-

Mit Techniken wie der Colloidal Probe Kraftspektroskopie können Wechselwirkungskräfte zwischen Mikropartikeln und Oberflächen direkt gemessen werden


Forschung und Anwendung

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Diese über koaxiales Elektrospinnen hergestellten Nanofasern kombinieren harte und weiche Polymere. Bei entsprechender Materialauswahl können diese "Nanofedern" erzeugt werden (Prof. S. Agarwal)

ganischen und Makromolekularen Chemie sowie der ingenieurwissenschaftlichen Lehrstühle spezifisch für ein einzelnes Projekt auch temporär zu bündeln und gleichzeitig die administrative Verwaltung zentral zusammenzufassen. Auf diese Weise können industrienahe Projekte verschiedenster Größenordnung, von Messaufträgen, über kleine Machbarkeitsstudien bis hin zu Europäischen Verbundprojekten in Kooperation mit den Partnern aus der Industrie sehr flexibel gestaltet und durchgeführt werden. Historisch hat sich das BZKG aus einem Zusammenschluss von fünf Lehrstühlen der Universität Bayreuth

entwickelt. Die Gründung erfolgte im Juli 2000 mit dem oben bereits erwähnten Ziel einer Kompetenzbündelung. Gründungsdirektor des BZKG war Herr Prof. Dr. H. Hoffmann, der die inzwischen fast 30 jährige Tradition der Kolloid- und Grenzflächenwissenschaft an der Universität Bayreuth wesentlich mitbegründet und gestaltet hat. Mit dem Bau eines entsprechenden Gebäudes verfügt das BZKG auch über eigene Laboratorien und Büros. Der Freistaat Bayern hat das BZKG, insbesondere im Rahmen der High-TechInitiative, wesentlich unterstützt. Die Laboratorien des BZKG manifestieren auch einen wesentlichen Grund-

gedanken des Zentrums: den offenen Zugang nicht nur zu Kompetenzen sondern auch zu apparativen Ressourcen der beteiligten Arbeitsgruppen. Ein Prinzip das sich seit vielen Jahren bewährt hat und auch den historischen Grundstein für die heute im Profilfeld “Makromolekül- und Kolloidforschung” bestehende KeyLab-Struktur gelegt hat. In beiden Bereichen werden große apparative Techniken, wie Elektronenmikroskopie oder Polymerverarbeitung nicht nur räumlich gebündelt, sondern auch zentral wissenschaftlich begleitet um eine optimale Nutzung der Geräte zu garantieren. Gleichzeitig ermöglicht diese Struktur allen Arbeitsgruppen, insbesondere auch den Nachwuchsgruppen, einen direkten und unbürokratischen Zugang für Projekte und Forschung. Die inzwischen am BZKG zusammengefassten 16 Arbeitsgruppen kommen aus drei unterschiedlichen Fakultäten und vertreten durch ihre Expertise die Kolloid- und Grenzflächenforschung nahezu in ihrer gesamten Bandbreite Diese große Zahl der Arbeitsgruppen, welche sich auch durch Mitgliedsbeiträge aktiv an der Infrastruktur des BZKG beteiligen, illustriert die Attraktivität dieses Zentrums nicht nur für Kollaborationspartner aus der Industrie, sondern auch für die Wissenschaftler der Universität Bayreuth.

Das BAYREUTHER ZENTRUM FÜR KOLLOIDE UND GRENZFLÄCHEN (BZKG) Mitglieder: 16 Lehrstühle und Arbeitsgruppen der Universität Bayreuth Gegründet: Juli 2000 (bisherige geschäftsführende Direktoren Prof. Dr. H. Hoffmann 2000-2003 und Prof. Dr. M. Ballauff 2003-2009) Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr. Andreas Fery (Lehrstuhl Physikalische Chemie II) E-mail: andreas.fery@uni-bayreuth.de

Bayreuther Zentrum für Kolloide und Grenzflächen (BZKG) an der Universität Bayreuth

Kontakt: Frau Thunig Bayreuther Zentrum für Kolloide und Grenzflächen Universitätsstrasse 30 95440 Bayreuth Tel. 0921 / 55 — 4373 E-Mail: christine.thunig@uni-bayreuth.de Mehr Informationen: http://www.bzkg.de Eine ausführliche Informationsbroschüre in der auch die Arbeitsgebiete der beteiligten Arbeitsgruppen ausführlich vorgestellt werden, kann im pdf-Format von der Webseite heruntergeladen werden.


Forschung und Anwendung Arbeitsgebiete der im BZKG zusamengeschlossenen Lehrst端hle und Arbeitsgruppen

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Forschung und Anwendung


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Verwertung von Abfällen Nanomaterialien enthaltender Produkte

bifa Umweltinstitut: Büro- und Laborgebäude mit Technikum (links)

darf für Hersteller von Nanomaterialien enthaltende Produkte und Betreiber von Anlagen, die Abfälle entsprechender Produkte verarbeiten wollen. Die Vielfalt der genutzten Nanomaterialien sowie die große Bandbreite der abfallwirtschaftlichen Verarbeitungswege werden spezifische Einzelfallbetrachtungen erforderlich machen. Das bifa Umweltinstitut unterstützt Hersteller innovativer Produkte und Betreiber abfallwirtschaftlicher Anlagen, die entsprechende Abfälle verarbeiten wollen, bei der Realisierung ihrer Vorhaben. Interdisziplinär zusammengesetzte Teams (Ingenieure, Natur- und Sozialwissenschaftler, Ökonomen) haben in den letzten 20 Jahren über 800 praxisorientierte Projekte für Forschungsförderer, Kommunen und Industrieunternehmen bearbeitet. Die Arbeiten des bifa Umweltinstitutes decken ein breites Aufgabenspektrum im technischen

Umweltschutz ab. Im Vordergrund steht meist die Erarbeitung von Lösungsansätzen zur Realisierung der Kreislaufwirtschaft. [1] SRU (2011): Vorsorgestrategien für Nanomaterialien. Sondergutachten [2] Struwe, J.; Schindler, E. (2012): Bedeutung von Nanomaterialien beim Recycling von Abfällen. Arbeitspapier 270 der HansBöckler-Stiftung Autor: Dr. Klaus Hoppenheidt Projektmanager Biologische Verfahrenstechnik und Analytik

bifa Umweltinstitut GmbH Am Mittleren Moos 46 86167 Augsburg khoppenheidt@bifa.de

Verwertung von Abfällen

Seit einigen Jahren gelangen zunehmend Produkte auf den Markt, deren besondere Produkteigenschaften auf der Nutzung verschiedenster Nanomaterialien basieren. Nach dem Nutzungsende sollen derartige Produkte einem der verschiedenen Stoffströme der Abfallwirtschaft zugeführt werden: Den abfallwirtschaftlichen Zielvorgaben der EU und Deutschlands entsprechend sollen nicht vermeidbare Abfälle möglichst für eine Wiederverwendung vorbereitet werden. Falls eine Wiederverwertung nicht realisierbar ist, sollen Abfälle für ein Recycling (stoffliche Verwertung) genutzt werden. Stofflich nicht nutzbare Abfälle sollen möglichst energetisch verwertet werden. Nicht verwertbare Abfälle sollen einem Beseitigungsverfahren zugeführt werden. Derzeit ist weitgehend unklar, ob Einträge Nanomaterialien enthaltender Produkte etablierte abfallwirtschaftliche Verwertungs- und Beseitigungsverfahren beeinflussen können [1, 2]. Von Einträgen anderer Spurenstoffe sind jedoch erhebliche Einflüsse bekannt geworden: Beispielhaft genannt seien die illegale Einschleppung radioaktiver Stoffe beim Metallreycling oder die qualitätsmindernden Einflüsse mineralölhaltiger Druckfarben beim Papierrecycling. Anforderungen des Arbeits- und Umweltschutzes sowie spezifische Vorgaben für die Qualität der Produkte begründen den Klärungsbe-


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Moderne Werkstoffe

Europäisches Zentrum für Dispersionstechnologien(EZD) Moderne Werkstoffe stellen meist eine Mischung unterschiedlicher Bestandteile dar. Sind diese Materialien nicht ineinander löslich – wie es in der überwiegenden Mehrzahl der technischen Werkstoffe der Fall ist – so spricht man von Dispersionen. Diese lassen sich u. a. in Suspensionen, Emulsionen, Verbundwerkstoffe und Aerosole einteilen. Kunststoffbauteile, Lacke und Beschichtungen, Kosmetika, Keramik und Porzellan sind wichtige Anwendungsbereiche von Dispersionen. Besonders nanoskalige Additive ermöglichen das Maßschneidern des Eigenschaftsprofils von unterschiedlichsten Produkten. Zum Beispiel werden bei Kunststoffen bessere mechanische und Barriereeigenschaften durch den Einsatz von Schichtsilikaten oder eine antibakterielle Wirkung durch Silber-Nanopartikel erreicht. Im Vergleich zu Mikroadditiven werden mit erheblich kleineren Massenanteilen von Nanopartikeln ähnliche oder bessere Ergebnisse erzielt. Nanopartikel tendieren allerdings aufgrund der großen spezifischen Oberfläche zur Agglomeration. Die Herstellung von Nano-Dispersionen ist deshalb ein anspruchsvoller, meist mehrstufiger Prozess, der neben den Grundmaterialien auch einen wesentlichen Einfluss auf die Endeigenschaften des Produktes hat. Für die erfolgreiche Herstellung von Nanokompositen sind drei Aspekte zu berücksichtigen: 1. Die Partikeloberfläche soll mit der Matrix verträglich sein. Dafür werden chemische und/oder phy-

sikalische Oberflächenmodifizierungen angesetzt. 2. Agglomerate sollten für die homogene Verteilung von Einzelpartikeln in der Matrix mechanisch zerstört werden, beispielsweise durch hohe Scherkräfte (Dreiwalzwerk, Hochdruckhomogenisator) oder Kavitation (Ultraschalldispergierung). 3. Die Stabilisierung der Nanosuspension vermeidet die Reagglomeration von Partikeln, was durch o. g. Oberflächenmodifizierung oder Zugabe von Tensiden erreicht werden kann. Das neugegründete Europäische Zentrum für Dispersionstechnologien (EZD), ein ergänzendes Geschäftsfeld des Bereiches Forschung und Entwicklung vom SKZ, ist ein interdisziplinäres Forschungsund Technologietransfer-Zentrum, in dem die wesentlichen Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet „Dispergieren“ und dementsprechend auch die relevanten Dienstleistungen für die Industrie kompetent angeboten werden, so Dr.-Ing. Wolff-Fabris (Leiter des EZD). Die Themenschwerpunkte des EZD lassen sich wie folgt einteilen: Materialien: Oberflächenmodifizierung funktioneller Füllstoffe sowie Stabilisierung von Mikround Nano-Dispersionen Dispergierverfahren: Optimierung der Herstellung von Dispersionen Analytik: Bewertung von Dispersionen und Partikeln mit Hilfe moderner, praxistauglicher Methoden

Weiterbildung: Schulung von Mitarbeitern und gebündelter Erfahrungsaustausch

Über das Kunststoff-Zentrum SKZ Das SKZ ist eines der führenden Kunststoffinstitute Deutschlands. Als Partner der Kunststoffindustrie mit über 300 Mitgliedern in einem sehr leistungsstarken Netzwerk führt das SKZ seit mehr als 50 Jahren u. a. Qualitätsprüfungen und Gütesicherungen durch. Darüber hinaus ist das SKZ Marktführer für Weiterbildung und Wissenstransfer im Bereich Kunststoff, mit mehr als 10.000 Teilnehmern jährlich. Im Bereich der Forschung werden Produkte sowie Produktionstechnologien marktgerecht entwickelt und verbessert. Nicht zuletzt bietet das SKZ mit der Zertifizierung von Managementsystemen exzellente Voraussetzungen für Leistungsfähigkeit und wirtschaftlichen Erfolg. Kontakt: Dr.-Ing. Felipe Wolff-Fabris

SKZ - KFE gGmbH Europ. Zentrum für Dispersionstechnologien Friedrich-Bergius-Ring 22 97076 Würzburg - Deutschland Tel.: +49 (0)931 4104 330 Fax: +49 (0)931 4104 717 E-mail: f.wolff-fabris@skz.de www.skz.de/ezd


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Funktionelle Oberflächen für nachhaltige Produkte

Funktionelle Oberflächen

Die tool box der kombinierten Beschichtungsverfahren In dem regionalen Wachstumskern J-1013 arbeiten Wissenschaftler von INNOVENT und Partnern mit ausgewiesenen Kompetenzen auf dem Glas/Keramik-Gebiet und dem Fachwissen im Textilsegment gemeinsam mit weiteren Technologieentwicklern an neuartigen Beschichtungsverfahren. Diese funktionieren unter Normaldruckbedingungen – damit ist auch der Name J-1013 erklärt: J für Jena und 1013 für Normaldruck. Mit dieser Technologie bringen die Entwickler neue Funktionalitäten auf praktisch beliebige Oberflächen auf, und das im Nanometermaßstab. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Nutzung von plasma- bzw. flammengestützten Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung sowie speziell angepasster Sol-GelBeschichtungsverfahren. Die Verwendung dieser Verfahren soll in einer Art Technologiebaukasten (tool box) soweit entwickelt werden, dass dem Anwender bei Produktentwicklungen zukünftig speziell ausgewählte Beschichtungsvarianten vorgeschlagen werden können, die bei der Bewältigung konkreter Zielstellungen genutzt werden können. Dies funktioniert schon heute für ausgewählte Anwendungssituationen.

Antimikrobielle Oberflächen Bakterizid wirkende Oberflächen basieren oft auf der Nutzung von silberhaltigen Wirkstoffen. So kann man bakterizid wirkende Kunststoffoberflächen realisieren, indem wäh-

Mit Hilfe derartiger Freistrahlplasmen können dünne Schichten unter Normaldruck auf praktisch beliebige Oberflächen aufgebracht werden

rend des Extrusionsprozesses gezielt Silberpartikel in die Kunststoffmatrix eingebaut werden. Nachteilig dabei ist, dass nur das an der Oberfläche befindliche Silber aktiv ist, das Silber in der Tiefe des Materials bleibt unwirksam. Eine andere Methode ist die Silberbeschichtung,

diese verändert allerdings auch schon mit wenigen Nanometern Schichtdicke die optische Präsenz der behandelten Werkstücke. Innerhalb des Wachstumskernes wurde bei INNOVENT eine Technologie entwickelt, mit deren Hilfe praktisch substratunabhängig dünne transparente Filme aufgebracht werden können, die mit Silber dotiert sind. Dazu wird mit Hilfe der Atmosphärendruckplasma-gestützten Gasphasenabscheidung eine dünne glasartige Schicht aufgebracht. Durch einen speziellen Zudosierungsprozess wird Silber in die aufwachsende Nanoschicht eingebaut und immobilisiert. In entsprechenden Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die so behandelten Oberflächen bakterizides Verhalten aufweisen [1]. Mehr noch, durch die gezielte Beeinflussung der Silberzudosierung konnten die Eigenschaften der Oberflächen so eingestellt werden, dass die Oberflächen antibakteriell wirken, gleichzeitig aber kein zytotoxisches Verhalten auftritt [2]. Dieser Aspekt ist wichtig, wenn es um Applikationen geht, bei denen eine direkte Wechselwirkung zwischen menschlichem Zellmaterial und den Oberflächen erwünscht ist. Die bakteriziden Schichten werden derzeit auf Gläser, Keramiken und Textilien appliziert. In entsprechenden Beständigkeitstests konnte eine dauerhafte Wirkung nachgewiesen werden [1]. Derzeit laufende Untersuchungen konzentrieren sich auf die Nutzung silberfreier bakterizid wir-


Funktionelle Oberflächen

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Mittels Freistrahlplasma beschichtete Bakteriencellulose im Rasterelektronenmikroskop

kender Substanzen und die Abscheidung von Release-Schichten, wobei die Freisetzung der wirksamen Bestandteile gezielt gesteuert werden kann.

Metallisierung von nichtleitfähigen Kunststoffoberflächen Ein weiteres Beispiel für die Nutzung von Beschichtungen aus dem Technologiebaukasten ist die Metallisierung von nichtleitfähigen Kunststoffoberflächen. Hier haben die Wissenschaftler aus Jena einen Weg gefunden, mit Hilfe von Beschichtungen auf der Basis von APCVD- oder der Sol-GelTechniken zunächst eine KompositBekeimungsschicht auf die Oberfläche zu bringen. Diese Bekeimungsschicht dient in einem nachgeschalteten Prozess als Startschicht für eine chemische Metallisierung, zum Beispiel für

REM-Bild einer silberhaltigen SiOx-Schicht (aus [1])

chemisch Kupfer oder chemisch Nickel. Das Neue dabei ist, dass im Gegensatz zu herkömmlichen Metallisierungsprozessen auf das Chromschwefelsäurebeizen und eine Palladiumbekeimung verzichtet werden kann. Bei Nutzung des APCVD-Verfahrens zur Erzeugung der Startschicht kann durch die gezielte Führung des Plasmajets zusätzlich eine Strukturierung der metallisierten Oberfläche vorgegeben werden. Dieses Verfahren hat sich bei der Metallisierung von nichtleitenden Materialien wie Kunststoffen und Glas bewährt [3].

Literatur [1] O. Beier, A. Pfuch, K. Horn, J. Weisser, M. Schnabelrauch, A. Schimanski; „Low Temperature Deposition of Antibacterially Active Silicon Oxide Layers Containing Silver Nanoparticles, Prepared by Atmospheric Pressure Plasma Chemical Vapour Deposition“ Plasma Processes and Polymers, Volume 10, Issue 1, pages 77–87, January 2013 [2] http://www.idw-online.de/de/news 502553 [3] J. Schmidt: Metallisierung von nichtleitfähigen Substratwerkstoffen (durch Aktivierung mittels Atmosphärendruckplasma), 16. ak-adp Workshop in Dortmund, 18.04.2013

Ansprechpartner:

Dr. Arnd Schimanski FuE-Leiter J-1013

INNOVENT e.V.

Verkupfertes ABS-Substrat nach 1000 Abrasionszyklen (ASTM D2486), als Bekeimung für die chemische Metallisierung diente eine Plasmaschicht

Prüssingstraße 27B 07745 Jena as@innovent-jena.de www.innovent-jena.de


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Neue Spielregeln im Wettlauf um die Nanotechnologiepatente Der Wettbewerb um die Nanotechnologiepatente nimmt zu. Im Interview erklärt der Münchner Patentanwalt Dr. Stefan Rolf Huebner, warum sich die Patentämter mit der Nanotechnologie so schwer tun und was die Vorreiter auf diesem jungen Forschungsfeld tun müssen, wenn sie die großen Chancen, die Nanotechnologiepatente bieten, nutzen möchten.

Nanotechnologiepatente

In den vergangen Jahren wurde viel in die Nanotechnologie investiert. Schlägt sich das in Patentanmeldungen nieder? Die Zahl der Patentanmeldungen nimmt in der Nanotechnologie deutlich schneller zu als in anderen Technologiefeldern. Aktuell kann man vor allem einen starken Anstieg von Patentanmeldungen beobachten, die sich mit Graphen befassen. Hier ist ein regelrechter Patentwettlauf entbrannt.

neuen technischen Gebiets viele grundlegende Erfindungen machen, die sich später als sehr wertvoll für das ganze Gebiet erweisen. Denken Sie an die Biotechnologie, die stand in den 80er Jahren dort, wo die Nanotechnologie vermutlich heute in etwa steht. Damals erfand Mullis mit seinen Kollegen die PCR (die Polymerase-Kettenreaktion, die Patente hierzu wurden für 300 Millionen Dollar an Hoffmann-La Roche verkauft, Anmerkung der Redaktion). Der beste Schutz davor, durch die Patente anderer Unternehmen blockiert zu werden, ist ein eigenes starkes Patentportfolio.

Welche Rolle spielt die öffentliche Forschung bei dieser Entwicklung? Etwa ein Drittel der Nanotechnologieerfindungen, die wir vertreten, stammen aus öffentlichen Labors, vorwiegend von Universitäten. Zwei Drittel stammen von Unternehmen, aber nicht nur von großen Technologieunternehmen, sondern auch von jungen Start-ups, die sich mit einer vielversprechenden Idee aus einer Universität ausgegründet haben. Manche warnen, dass Firmen mit ihren Patenten Grundbausteine der Nanotechnologie monopolisieren und dadurch den Fortschritt eher behindern. In manchen Fällen vielleicht. Aber es liegt nun mal in der Natur der Sache, dass die Vorreiter eines

Worauf müssen Patentanmelder in der Nanotechnologie achten? Die größte Herausforderung vor der Nanotechnologie-Patentanmelder stehen, ist die, dass sie häufig nicht nur technisches, sondern auch patentrechtliches Neuland betreten.

Pro Jahr beim Europäischen Patentamt neu veröffentlichte Patentanmeldungen. Quelle: Datenbank des Europäischen Patentamts, 2013

Wie meinen Sie das? Das Patentgesetz ist doch das gleiche für alle Forschungsdisziplinen. Keineswegs. Das Europäische Patentgesetz unterscheidet zum Beispiel zwischen chemischen Stoffen und technischen Vorrichtungen. Eine Unterscheidung übrigens, die in der Nanotechnologie schnell absurd werden kann: Ist ein Nanoroboter, der aus einem einzigen


Nanotechnologiepatente Makromolekül besteht, ein Stoff oder eine Maschine? Noch wichtiger aber: Das Patentgesetz gibt nur die allgemeinen Grundsätze vor, die Rechtsprechung entwickelt diese für die einzelnen Technikfelder weiter. Nehmen wir auch dazu ein Beispiel: Laut Gesetz ist nur patentierbar, was sich für den sogenannten Durchschnittsfachmann nicht schon in naheliegender Weise aus dem Stand der Technik ergibt. Aber wer bitte ist ein Nanotechnologiedurchschnittsfachmann? Und was liegt für ihn nahe? In der konventionellen Mechanik, Elektrotechnik, Chemie und so weiter haben Patentämter und Gerichte diese Fragen über viele Jahrzehnte in zahlreichen Einzelfällen beantwortet, und es gibt Standardliteratur, die diese Rechtsprechung analysiert und systematisiert. Die Nanotechnologie hingegen ist patentrechtlich bisher wenig erschlossen. Das Gebiet ist einfach noch zu jung. Wie können die Patentämter dann überhaupt Nanotechnologieerfindungen beurteilen? Mangels eigener NanotechnologieRechtsprechung versuchen die Patentprüfer, Analogien zu konventionellen technischen Gebieten zu finden – was häufig daneben geht. Beispielsweise wird immer wieder das „Downsizing“-Argument angeführt, das aus der Mechanik stammt

43 zeigt: Wir brauchen eigene Spielregeln für die Nanotechnologie.

Herkunft der Anmelder der 2012 veröffentlichten Europäischen Graphen-Patentanmeldungen. Quelle: Datenbank des Europäischen Patentamts, 2013

und besagt, dass das bloße Verkleinern einer schon bekannten Vorrichtung noch keine Erfindung ist. Das mag bei gewöhnlichen Apparaten ja auch Sinn machen, z.B. dürfte es naheliegen, einen Tabletcomputer mit einem kleineren Bildschirm auszustatten, wenn der Markt handlichere Geräte fordert. Bei der Nanotechnologie liegen die Dinge aber ganz anders. Hier geht es um die neuen Eigenschaften, die Materialien auf der Nanoskala annehmen können. Kohlenstoff ist als Graphen ein hervorragender elektrischer Leiter, NanoGold ist ein Halbleiter. Es geht um die neuen Möglichkeiten, die sich aus solchen neuen Eigenschaften ergeben, und die Wege, diese zu nutzen. Dem wird das alte Downsizing-Argument nicht gerecht. Das ist natürlich nur ein Beispiel, aber es

Was raten Sie Erfindern, solange es solche Spielregeln noch nicht gibt? Diesen Freiraum zu nutzen, um ihn mit eigenen Argumenten zu füllen – warum die konkrete, eigene Idee den Patentierungskriterien sehr wohl genügt, warum ihre besondere Tragweite einen besonders breiten Schutz rechtfertigt. Wer von dieser Möglichkeit Gebrauch macht, gut argumentiert und nicht locker lässt, hat in der Nanotechnologie die Chance, sogar wesentlich mehr zu erreichen als auf konventionellen technischen Gebieten. Zum Schluss: Was fasziniert Sie an der Nanotechnologie? Ich bin als junger Biophysik-Doktorand zur Nanotechnologie gekommen. Seither hat sie mich nicht mehr losgelassen. Als Patentanwalt fasziniert mich, dass die Nanotechnologie wie wohl kaum eine andere neue Technologie vor ihr etablierte Konzepte des Patentrechts in Frage stellt. Diese Konzepte aus dem Blickwinkel der Nanotechnologie neu zu durchdenken, macht großen Spaß. Die Fragen stellte Bernd Müller. Dr. Stefan Rolf Huebner zählt zu den führenden europäischen Experten auf den Gebiet des NanotechnologiePatentrechts. Der Physiker und Patentanwalt berät und vertritt einige der in der Nanotechnologie bedeutendsten Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen aus Europa, Asien und den USA. Kontakt:

Dr. Stefan Rolf Huebner Patentanwalt European Patent Attorney

SR Huebner & Kollegen Intellectual Property Attorneys Prinzregentenplatz 11 81675 München Tel.: (089) 66 610 570 E-Mail: info@srhuebner.com www.srhuebner.com


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Center for NanoScience (CeNS)

Center for NanoScience (CeNS)

Das Center for NanoScience (CeNS) wurde 1998 als wissenschaftliche Einrichtung der LudwigMaximilians-Universität (LMU) München gegründet, um interdisziplinäre Forschung auf dem Gebiet der Nanowissenschaften in der Münchner Region zu fördern und zu koordinieren. Als Zusammenschluss von Arbeitsgruppen aus LMU, TUM, Universität Augsburg und anderen Institutionen werden von CeNS verschiedene Disziplinen wie Physik, Chemie, Biochemie und Medizin überspannt. Mit rund 100 beteiligten Wissenschaftlern und über 200 Doktoranden und Masterstudenten fungiert das Center for NanoScience als lebhaftes Netzwerk, in dem wissenschaftliche Ideen ausgetauscht werden und neue interdisziplinäre und institutsübergreifende Kollaborationen angestoßen werden. Alle Mitglieder kooperieren auf freiwilliger Basis und gestalten damit die kreative, stimulierende Atmosphäre von CeNS, das von einem kleinen Organisationsteam koordiniert und von der LMU finanziert wird. Die Breite der beteiligten Institutionen und Mitglieder spiegelt sich auch in den bearbeiteten Forschungsthemen wider – von Nanoelektronik über organische Photovoltaik und Photokatalyse, Nanosen-

Abb. 1: Flüssigkeiten mit chiral organisierten Goldpartikeln weisen exakt definierbare optische Eigenschaften auf. Die Goldpartikel können mit Hilfe von DNA-Origami nanometergenau positioniert werden (Bild: Anton Kuzyk, Robert Schreiber, Christoph Hohmann [NIM])

sorik, Einzelmolekülmaschinen und -manipulation bis hin zu Anwendungen in der Nanomedizin. Nanoforschung überschreitet die Grenzen der klassischen Disziplinen, und Kooperationsprojekte zwischen verschiedenen CeNS-Gruppen werden deshalb besonders unterstützt. So nutzen zum Beispiel Professor Tim Liedl (LMU) und Professor Friedrich Simmel (TUM) sogenanntes DNA-Origami, um zwei- und dreidimensionale DNA-Nanostrukturen beliebiger Form erzeugen. Eine Kollaboration mit der Nanophotonik-Arbeits-

gruppe von Junior-Professor Alexander Högele führte schließlich zum Design von plasmonischen DNA-Gold-Nanopartikeln mit genau definierbaren optischen Eigenschaften (Abb. 1).1 Auch die Entwicklung „intelligenter“ Drug-Delivery-Systeme mit Hilfe von Nanopartikeln ist ein weiteres Beispiel für eine fruchtbare Kooperation von Arbeitsgruppen aus Chemie, Physik und Pharmazie (Abb. 2).2,3 Einen weiteren Schwerpunkt setzt CeNS auf die interdisziplinäre Ausbildung seiner Masterstudenten und Doktoranden. Regelmäßige Workshops, Kolloquien, eine jährliche Konferenz in Venedig mit hochkarätigen internationalen Sprechern sowie weitere von den Doktoranden mit initiierte Veranstaltungsformate tragen zu einem Programm bei, das die Breite der Nanowissenschaften abbildet, den Blick der Nachwuchswissenschaftler über den eigenen Tellerrand hinausführt und so wichtige Impulse für die eigene Forschung gibt. Gleichzeitig bringen diese Veranstaltungen die große internationale Vernetzung von CeNS zum Ausdruck und leisten einen Beitrag zur internationalen Sichtbarkeit. Das CeNS-Netzwerk hat seit seiner Gründung viele Früchte ge-


Center for NanoScience (CeNS)

Abb. 2: Schematische Darstellung eines Blutgefäßes mit kolloidalen mesoporösen Silikat-Nanopartikeln, die mit gerinnungshemmendem Heparin beschichtet wurden. Dieses neuartige Drug-Delivery-System kombiniert die gerinnungshemmenden und bioverträglichen Eigenschaften des Heparins mit den Besonderheiten der hochporösen Nanopartikel und bietet so neue Möglichkeiten für intelligentes Drug-Delivery, z.B. in der Krebstherapie (Bild: Bastian Ruehle, Abdruck mit Genehmigung von Referenz [3]. Copyright 2012 Wiley-VCH)

tragen. Es bildete die Grundlage für erfolgreiche Drittmittelprojekte wie das Exzellenzcluster “Nanosystems Initiative Munich (NIM)”, (siehe S. 61) aber auch für mehrere DFG-Sonderforschungsbereiche (z.B. SFB1032 „Nanoagents for Spatiotemporal Control of Molecular and Cellular Reactions“) und für weitere interdisziplinäre Forschungsprojekte. So sind CeNSWissenschaftler auch an SolTech, einem vom Freistaat Bayern 2012 initiierten Großprojekt zur Erforschung innovativer Energiekonzepte, beteiligt. Darüber hinaus bietet CeNS die für Ausgründungen notwendige kreative wissenschaftliche Atmosphäre und unterstützt aktiv den Transfer von Forschungsergebnissen hin zu technischen Anwendungen. So sind seit 1998 zwölf erfolgreiche Spin-Offs entstanden. Eines davon ist die Nanotemper Technology GmbH, die 2008 von zwei ehemaligen Doktoranden von Professor Dieter Braun gegründet wurde (Abb. 3). Der Physiker Philipp Baaske und der Biochemiker Stefan Duhr erkannten, dass man

mit Hilfe der Thermophorese, der gerichteten Bewegung von Molekülen in einem Temperaturgradienten, die Bindungsstärke zwischen Biomolekülen – zum Beispiel zwischen einem Protein und einem pharmazeutischen Wirkstoff – elegant messen kann und entwickelten daraus eine marktfähige Technologie.4 Inzwischen haben Baaske und Duhr mit ihrer Ausgründung viele Preise gewonnen. Aber auch die Grundlagenforschung hat von der Ausgründung profitiert: Die Verwendung der inzwischen weltweit verkauften Messgeräte hat zu über 120 Veröffentlichungen in hochrangigen Zeitschriften beigetragen. Professor Braun berichtet dazu: „Unsere Arbeitsgruppe macht zuallererst Grundlagenforschung. Dass grundsätzliche Überlegungen im richtigen Umfeld aber sehr schnell zu erfolgreichen Produkten führen können, hat die Ausgründung von

Abb.3: Dr.Stefan Duhr und Dr.Philipp Baaske,Geschäftsführer der NanoTemper Technologies GmbH und Preisträger des STEP Award 2012.Das CeNS Spin-off NanoTemper entwickelt,produziert und vermarktet innovative,hochwertige Instrumente für die biomedizinische Forschung.Die Produkte basieren auf einer einzigartigen Technologie,der sogenannten Microscale Thermophorese (Bild:F.A.Z.-Institut GmbH)

NanoTemper eindrucksvoll gezeigt. NanoTemper steht inzwischen auf sicheren finanziellen Beinen und beschäftigt mehr als 10 Mitarbeiter. So hat die erst knapp 5 Jahre junge Firma inzwischen mehr Steuern gezahlt, als meine Arbeitsgruppe bisher an Forschungsgeldern ausgegeben hat. Grundlagenforschung generiert also zuerst einmal Wissen, zahlt sich aber langfristig aus. Der Hintergrund der beiden Ausgründer

45 Philipp Baaske und Stefan Duhr ist, wie so oft in den Nanowissenschaften, interdisziplinär. Denn nur zwischen den Disziplinen ist das Gras noch grün und saftig, während etablierte Forschungsgebiete mit hohem Ressourcenbedarf die schon abgegrasten Weiden kurz halten.“

Literatur [1] A. Kuzyk, R. Schreiber, Z. Fan, G. Pardatscher, E.-M. Roller, A. Högele, F.C. Simmel, A.O. Govorov and T. Liedl: DNA-based Self-Assembly of Chiral Plasmonic Nanostructures with Tailored Optical Response. Nature Volume 482, 7389, pp 311-314 (2012) [2] C. Dohmen, D. Edinger, T. Fröhlich, L. Schreiner, U. Lächelt, C. Troiber, J.O. Rädler, P. Hadwiger, H-P. Vornlocher and E. Wagner: Nanosized Multifunctional Polyplexes for ReceptorMediated SiRNA Delivery. ACS Nano 6(6), pp 5198–5208 (2012) [3] C. Argyo, V. Cauda, H. Engelke, J.O. Rädler, G. Bein, T. Bein: Heparin-Coated Colloidal Mesoporous Silica Nanoparticles Efficiently Bind to Antithrombin as an Anticoagulant Drug-Delivery System. Chemistry A European Journal 18(2), pp 428–432 (2012) [4] S. Duhr and D. Braun: Why molecules move along a temperature gradient. PNAS 103(52), pp 19678–19682 (2006)

Kontakt:

Prof. Dr. Joachim O. Rädler Sprecher

Dr. Susanne Hennig Geschäftsführung

Center for NanoScience (CeNS) Ludwig-Maximilians-Universität München Schellingstraße 4 80799 München Tel. +49(0)89/2180-5791 www.cens.de


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Kompetenzzentrum Analytik, Nano- und Materialtechnik

Georg-Simon-Ohm-Hochschule

Materialentwicklung am OHM aus einer Hand Neue Stoffe und Materialien bilden die Grundlage für neue technische Entwicklungen. Polymere und Komposite, Dispersionen und Emulsionen, Oberflächen und Interfaces haben daran ebenso ihren Anteil wie verbesserte Metalle, Keramiken und andere „klassische“ Werkstoffe. Dabei lassen sich die Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren nicht von der Materialentwicklung trennen, sie sind im Gegenteil wesentlicher Bestandteil der erfolgreichen Einführung von neuen Stoffsystemen. In allen neuen Materialien und deren Anwendungen spielt dabei die Nanotechnologie, und sei es auch „nur“ in Form von Zwischenschichten, eine immer bedeutendere Rolle. So sind die Gestaltung von Interfaces, der Einsatz von Nanopartikeln oder die Nutzung von speziell ausgebildeten Haftschichten Möglichkeiten der Nanotechnologie mit denen sich die Labore der Chemie und Werkstofftechnik an der Georg-Simon-Ohm-Hochschule beschäftigen. Die Anwendungsbereiche solcher neuer Stoffsysteme erstrecken sich dabei über ein weites Gebiet, von Konstruktionswerkstoffen in der Automobilindustrie über die Modifizierung von Oberflächen in elektronischen Bauteilen bis zu Partikeln und Emulsionen in medizinischpharmazeutischen Anwendungen. Die Entwicklung neuer Materialien

Detail einer Heißpresse die zur Herstellung nanoskaliger Keramiken genutzt wird. (©KAM)

und ihrer Anwendungen ist dabei in den letzten Jahren immer mehr zu einer Querschnittstechnologie geworden, die nur unter Beteiligung verschiedener Fachgebiete der Chemie, Physik, Werkstofftechnik, Elektrotechnik, Maschinenbau und Verfahrenstechnik bewältigt werden kann. Die Analyse neu entwickelter Stoffe und das Prüfen von Werkstoffen und Bauteilen sind dabei genauso Bestandteil wie die Verfahren und Materialien selber. Um sich dieser Herausforderung zu stellen, koordiniert und bündelt das Kompetenzzentrum Analytik, Nano- und Materialtechnik (KAM) die Werkstoffforschung und -entwicklung an der GeorgSimon-Ohm-Hochschule über alle Fakultätsgrenzen hinweg. Über das KAM stehen die Kompetenzen und Labore aus allen für eine Stoff- und Materialentwicklung notwendigen Fachgebieten zur Verfügung, so z.B.

aus dem Bereich der Chemie, der Verfahrenstechnologie, des Maschinenbaus, der Elektrotechnik und der Werkstoffwissenschaften. Von der Entwicklung von neuen Materialien und Systemen bis hin zur Analyse, Charakterisierung und Prüfung von Rohstoffen, Fertigprodukten und Bauteilen stehen über das KAM alle Expertisen und die Erfahrung der Georg-SimonOhm-Hochschule im Bereich der Materialchemie und Werkstofftechnologien zur Verfügung. Das Kompetenzzentrum Analytik, Nano- und Materialtechnik (KAM) bietet Ihnen dafür das notwendige Know-How aus einer Hand: Chemie Physik Werkstofftechnik Verfahrenstechnik Elektrotechnik Verfahrenstechnik Biotechnik Maschinenbau und Produktionstechnologie Unsere Themen sind u.a. Entwicklung neuer Werkstoffe in den Bereichen Polymere, Metalle, Keramik Komposite und Modifizierung von Oberflächen Biogene Materialien und Wirkstoffanalytik Neue Verfahren zu Herstellung von Materialien und Bauteilen Analytik, Charakterisieren und Prüfen von Materialien


Georg-Simon-Ohm-Hochschule

Transparente, elektrisch leitfähige Schicht (rot umrahmt) auf Basis von Kohlenstoffnanopartikeln. (©KAM)

Zum Beispiel werden am KAM, im Labor für Aufbau- und Verbindungstechnik der Fakultät efi, Entwicklungen zur Herstellung von gedruckten Schaltungen mittels Inkjettechnik durchgeführt. In Zusammenarbeit mit der Industrie und anderen Forschungseinrichtungen werden die Wechselwirkungen zwischen Druckparametern, nanoskaligen Tinten und den zu bedruckenden Substraten, häufig polymere Träge, untersucht. Dabei steht, wie auch bei allen anderen Projekten, die Nähe zur Anwendung im Vordergrund, so dass neben der prinzipiellen Machbarkeit auch immer die Einsatzgrenzen der gedruckten Strukturen mit untersucht werden. Neben dem Bedrucken von flexiblen Polymeren werden im Labor für Werkstofftechnik an der Fakultät Maschinenbau neue Schichtsysteme entwickelt, welche einen „Easy-to-Clean“-Effekt für Wärmetauscheroberflächen in Heizanlagen erzeugen. Die hierbei zu

meisternde Herausforderung sind die hohen Anwendungstemperaturen von bis zu 600oC, die den Einsatz von anorganischen nanostrukturierten Systemen notwendig macht.

Durch funktionellen Inkjetdruck gedruckter Füllstandssensor mit elektrischen Leiterbahnen auf einem thermoplastischen Behälter (©KAM)

In den Laboren der Fakultät Werkstofftechnik werden unter anderem Sol-Gel-Schichten für Oberflächenanwendungen untersucht. Außerdem werden hier mit Nanopartikeln gefüllte Schichten für

47 transparente, elektrisch leitfähige Schichten entwickelt, die einfach mittels Sprühen oder Tauchen auf unterschiedlichste Substrate aufgebracht werden können. Die Analytik der Schichten erfolgt u.a. mit Glimmentladunsspektroskopie, so daß die Elementarzusammensetzung von Schichten bis in den Nanometerbereich ermittelt werden kann. Das Kompetenzzentrum Analytik, Nano- und Materialtechnik bietet Ihnen Dienstleistungen im gesamten Bereich der Material-, Nano- und Werkstofftechnik an. Von der Analyse von Rohstoffen über die Prüfung von Materialien und Bauteilen bis hin zur kompletten Entwicklung von Werkstofflösungen für Ihre Anwendung steht Ihnen das Material-Know-How der Georg-Simon-Ohm-Hochschule zur Verfügung. Zusätzlich steht Ihnen das KAM als verlässlicher Partner für die Formulierung gemeinsamer Projekte und der Beantragung von Fördermittel zur Verfügung. In Zusammenarbeit mit regionalen und überregionalen Netzwerken können Sie mit der Georg-SimonOhm-Hochschule als Ihrem Forschungs- und Entwicklungspartner spezifische Entwicklungen im kleinen und im großem Rahmen beginnen und bis zur Anwendung führen.

Autor:

Dr. Jens Helbig Geschäftsführer Kompetenzzentrum Analytik, Nano- und Materialtechnik (KAM)

Georg-Simon-Ohm-Hochschule für angewandte Wissenschaften

Nanostrukturierte Oberflächen für einen Wärmetauscher in einer Holzfeuerungsanlage zur Vermeidung der Anhaftung von Ruß, Asche und organischen Kondensaten (Bild a links ohne Beschichtungen, Bild b-d mit unterschiedlichen Beschichtungssystemen) (©KAM)

Campus 4 Nord, Raum W204 Hohfederstrasse 40 90489 Nürnberg Tel.: +49 911 / 5880-1751 Fax: +49 911 / 5880-5750 E-Mail: jens.helbig@ohm-hochschule.de www.ohm-hochschule.de/kompetenzzentren


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Halbleiter-Nanostrukturen

Die perfekte Welle In den Nanowissenschaften wird an der Schnittstelle von Technologie, Physik, Biologie, Chemie und Medizin erforscht, inwieweit sich die Eigenschaften von Materie verändern, wenn typische Längenskalen in den Submikronbereich schrumpfen. Hier treten zum Teil überraschende neue Phänomene auf, die aus der makroskopischen Welt nicht bekannt sind. Diese Phänomene gilt es zu verstehen, zu analysieren und gegebenenfalls auf ihre Eignung für neue Anwendungen oder Bauelemente hin zu optimieren. Als typisches Beispiel seien hier Halbleiter-Nanostrukturen erwähnt, bei denen die Bewegung von freien Ladungen in mindestens einer Raumrichtung so stark eingeschränkt ist, dass Quantisierungsphänomene auftreten, bei denen die Wellennatur immer stärker Oberhand über den Teilchencharakter eines Elektrons (oder Loches) in einem Halbleiter gewinnt. Ähnlich gestaltet sich die Lage für so genannte photonische Systeme. Hier wird (meist ebenfalls in Halbleiter-Nanostrukturen) mit winzigsten Mengen von Licht gearbeitet. Auch Licht kommt nicht nur kontinuierlich (als Welle) vor, es hat ebenfalls Signaturen von Teilchen. Man spricht in diesem Falle von Photonen. So wie in modernen Halbleiter-Nanostrukturen mit einzelnen Ladungen gearbeitet wird, handhabt man in der

Abb. 1: Momentaufnahme einer akustischen Oberflächenwelle, die eine räumlich und zeitlich periodische Auslenkung der Chipoberfläche bewirkt. Gemeinsam mit der mechanischen Welle breitet sich auch eine piezoelektrische Welle mit Schallgeschwindigkeit aus

modernen Nanophotonik einzelne Lichtquanten oder Photonen. Auf der anderen Seite beschäftigen sich die Nanowissenschaften auch mit Systemen, die aus der Chemie, der Biologie oder der Medizin bekannt sind. Besonders wichtig ist hierbei die Untersuchung kleinster Materiemengen, sowie einzelne Moleküle, Polymere oder auch lebende Zellen. Diese Systeme werden meist in wässriger Umgebung untersucht. Auch hier treten komplett neue physikalische Phänomene auf, die uns aus der makroskopischen Welt in dieser Form nicht bekannt sind. So benötigen kleinste Flüssigkeitsmengen zum Beispiel keine Gefäße mehr, um sie zusammen zu halten. Effekte der Oberflächenspannung werden bei kleinen Volumina wesentlich wichtiger, als zum Beispiel die Schwerkraft. Jeder hat schon ein-

mal kleine Tautropfen an einem Spinnennetz glitzern sehen. Diese selbstorganisierten Tröpfchen wären natürlich bei makroskopischen Volumina nicht möglich. Auf der anderen Seite bedingt die Kleinheit der Systeme aber auch Schwierigkeiten: Alltäglich Bekanntes, wie zum Beispiel die Durchmischung zweier Flüssigkeiten wird auf kleinen Längenskalen sehr kompliziert. Es stellt sich nämlich heraus, dass für kleine Flüssigkeitsmengen viskose und Oberflächen-Effekte gegenüber Trägheitsphänomenen die Überhand gewinnen und das System komplett dominieren. Eine Folge dessen ist, dass Flüssigkeiten sich nicht mehr turbulent, sondern nur noch laminar bewegen können. In diesem Fall erscheinen sie so, als wären sie hoch viskos, was eine Durchmischung extrem schwierig werden lässt.


Halbleiter-Nanostrukturen Nanobeben auf dem Chip Eine Spezialität, die wir in unserer Arbeitsgruppe seit vielen Jahren zur Perfektion weiterentwickelt haben, ist die Untersuchung und die aktive Kontrolle von Festkörper basierten Nanosystemen aus der Nanoelektronik und der Nanophotonik sowie von Systemen und Strukturen aus ‚weicher Materie‘ mittels so genannter akustischer Oberflächenwellen (OFW). Dies stellen winzige Erdbeben dar, die an der Oberfläche eines Substrats angeregt werden und propagieren können und die für das Studium sowie die aktive Kontrolle von Nanosystemen fantastische Eigenschaften aufweisen. In Abb. 1 stellen wir eine Momentaufnahme einer solchen akustischen Oberflächenwelle dar. Die Welle propagiert mit ca. 3 km/sec (Schallgeschwindigkeit v) über den Chip und erreicht Amplituden bis zu etwa einem Nanometer. Die sich bei einer Anregung der Welle mit Radiofrequenzen (f = 100 MHz bis einige GHz) ergebenden Wellenlängen λ bewegen sich dann zwischen ca. 100 Mikrometern bis hinab zu einigen hundert Nanometern. Angeregt werden diese Wellen meist auf piezoelektrischen Substraten. Dies sind Materialien, die unter Anwesenheit elektrischer Felder mit einer definierten Verformung reagieren. Umgekehrt führt eine Verformung von Piezoelektrika zum Auftreten starker elektrischer Felder. Das letzte Phänomen ist uns von Piezo-Feuerzeugen wohl bekannt: Eine gezielte Verformung des Kristalls lässt so starke elektrische Felder entstehen, dass es zur Funkenbildung führt. Herabskaliert in die Welt unserer Nanostrukturen werden die akustischen Oberflächenwellen mittels so genannter Transducer angeregt und auch wieder nachgewiesen. Kammartig ineinander greifende Metallelektroden auf der Oberfläche eines Chips wer-

den mit einer hochfrequenten Wechselspannung (f) beaufschlagt, woraufhin das Substratmaterial mit einer periodisch im Ort und der Zeit auftretenden Verformung reagiert. Diese periodisch auftretenden Verformungen überlagern sich bei Resonanz (f=v/λ) in Form einer propagierenden Welle. Diese Resonanzbedingung wird heutzutage technisch für Hochfrequenzfilter eingesetzt, die sich in großer Zahl in Mobiltelefonen und anderen modernen Kommunikationsmitteln finden.

Akusto-elektrische Wechselwirkung

Neben der rein mechanischen Welle breitet sich gemeinsam mit dieser in Piezoelektrika aber auch eine (piezo-)elektrische Welle mit Schallgeschwindigkeit aus. Diese dynamischen elektrischen Felder wechselwirken sehr effektiv mit freien Ladungen in einer Halbleiterschichtstruktur. Die Wechselwirkung führt zum einen zu einer Beeinflussung der Ausbreitung der Welle (Dämpfung, Geschwindigkeitsänderung), zum anderen aber auch zu einer aktiven Kraft und somit der Möglichkeit zu einer Manipulation der Ladungen im System. Da für die Wechselwirkung keine direkte elektrische Verbindung zwischen den Ladungsträgersystemen und z.B. einem Messgerät notwendig ist, hat man es hier mit einer kontaktlosen Untersuchungsmethode zu tun, die man zum Studium der dynamischen Leitfähigkeit von Quantensystemen heran ziehen kann. So konnten wir in der Vergangenheit viele Systeme in extremen Quantenzuständen untersuchen, wie zum Beispiel dem quantisierten Halleffekt [1]. Auf der anderen Seite agieren die elektrischen Felder der Oberflächenwelle natürlich auch sehr stark auf freie Ladungen im System. Diese periodischen elektrischen Felder bewirken eine zeitliche und räumliche Poten-

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zialmodulation in der Ebene der Halbleiterschichtstruktur. Auf diese Weise werden freie Ladungen dynamisch eingesperrt. Dabei werden die Elektronen in positiven (Leitungsband) und die Löcher in negativen Potenzialminima (Valenzband) gefangen und mit der Welle transportiert. Die Tatsache, dass bei akustischen Oberflächenwellen die jeweiligen Potenzialminima eine halbe akustische Wellenlänge von einander entfernt sind, führt zu einer Trennung der Ladungsträger und zu einer effizienten Unterdrückung der so genannten Photolumineszenz. Auf diese Weise werden photogenerierte Elektron-Lochpaare räumlich voneinander getrennt und über makroskopische Distanzen wechselwirkungsfrei transportiert. Bringt man an einer Stelle, die räumlich vom Anregungsort entfernt ist, ein Rekombinationszentrum an, so können sich die dynamisch gefangenen Ladungen dort wieder rekombinieren. Auf diese Weise können photonische Signale über Ladungsspeicherung in OFW für lange Zeiten ‚gespeichert‘ und nach einer definierten Zeit wieder freigesetzt werden. Solche ‚PhotonenFörderbänder‘ können dann ihren Einsatz als Lichtspeicher für die optische Telekommunikation finden [2]. Besonders interessant wird diese Art der dynamischen Ladungsträgerkontrolle, wenn die Rekombinationszentren in Form so genannter Quantenpunkte vorliegen. Dies sind winzige, ca. 30nm große Bereiche in einer Halbleiterstruktur. In diesen Inseln, die aus nur ca. 100.000 Atomen bestehen, werden Ladungsträger in allen drei Raumrichtungen eingesperrt. Dies hat nun unmittelbar zur Folge, dass Quantenpunkte Licht auf scharfen Spektrallinien emittieren. Da diese Eigenschaft sonst nur von Atomen bekannt ist, werden Quantenpunkte oft als


Halbleiter-Nanostrukturen

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„künstliche Atome“ bezeichnet. Sie sind allerdings so klein, dass es möglich ist, einzelne Elektronen und Löcher darin zu fangen. Zerstrahlen diese Elektron-Lochpaare, so emittieren sie bei diesem Quantensprung genau um ein Photon. Die akustische Oberflächenwelle dient in diesem Fall als Förderband, welche Quantenpunkte mit einzelnen Elektronen und Löchern befüllt, die dann bei ihrer Rekombination einzelne Photonen periodisch mit der Frequenz der OFW abstrahlen [3].

Akusto-mechanische Wechselwirkung

Die mechanischen Eigenschaften einer OFW können ebenfalls sehr effektiv zum Studium und der aktiven Kontrolle von Nanosystemen eingesetzt werden. Ein schönes Beispiel ist die aktive akustische Modifikation der Transmissions- und Resonanzeigenschaften so genannter photonischer Kristalle (pXtal). Dies sind periodisch auf einem Substrat

angeordnete Modulationen des Brechungsindex. In einer besonderen Ausführungsform werden dazu winzige Löcher in eine Halbleitermembran geätzt und an geeigneter Stelle künstliche Defekte (z. B. fehlende Löcher) eingebracht. Dadurch entsteht ein ganz bestimmtes Transmissionsspektrum dieser Systeme, die u.a. zu einer extremen Lokalisation des Lichtfeldes in der Nähe der Defekte führen kann. Die Transmissions- und Resonanzeigenschaften photonischer Kristalle hängen empfindlich von der genauen geometrischen Struktur des photonischen Kristalls ab. Propagiert eine akustische Oberflächenwelle durch einen solchen pXtal (s. Abb. 2), so bewirken die mechanischen Verspannungsamplituden eine periodische Modulation der Geometrie des Systems und als Folge dessen eine periodische Modulation des Transmissions- und Resonanzspektrums [4]. Kombiniert mit den oben genannten Quantenpunkten und unter

Abb. 2: Durch eine OFW periodisch modulierter photonischer Kristall für optische Anwendungen. Im Hintergrund ist die periodische Verschiebung der Resonatorlumineszenz gezeigt

Ausnutzung des so genannten Purcell-Effekts kann auf diese Weise eine spektral reine und extrem leuchtstarke Einzel-Photonenquelle realisiert werden, die auf ihren Einsatz in der Quantenkommunikation wartet.

Labor auf dem Chip Eine weitere elegante Anwendung der mechanischen Anteile einer akustischen Oberflächenwelle ist deren Einsatz im Bereich der Mikrofluidik [5]. Wie bereits in der Einleitung dargelegt, verhalten sich kleinste Flüssigkeitsmengen ganz anders als in der makroskopischen Welt. Die Oberflächenspannung hält sie in Form kleinster Tröpfchen zusammen, sie brauchen für ihre Existenz keinerlei Behälter. Wir verwenden solche kleinen Flüssigkeitströpfchen als ‚virtuelle Reagenzgläser‘ mit Volumina im Bereich einiger Nanoliter. Auf die Oberfläche eines piezoelektrischen Chips gebracht, sorgt eine chemische Funktionalisierung in Form von Flüssigkeitsleiterbahnen dafür, dass die Tröpfchen sich nur in ganz bestimmten Bereichen der Oberfläche aufhalten können. Wie Ladungen auf einem der oben besprochenen Halbleiterchips können die kleinen Tröpfchen dann mittels akustischer Oberflächenwellen entlang der so definierten Bahnen wie Waggons auf einem Verschiebebahnhof rangiert und miteinander zur Reaktion gebracht werden. Winzige, programmierbare chemische oder biologische Labors auf einem Chip (s. Abb. 3) sind dann das Resultat. Dabei sorgen die akustischen Wellen durch ihre Wechselwirkung mit der Flüssigkeit auf der Chipoberfläche gleich auch noch für eine rasche und effiziente Durchmischung der Konstituenten [6]. Dies ist für chemische und biologische Reaktionen bei kleinsten Flüssigkeitsvolumina essentiell wichtig! Neben vielen anderen Anwen-


Halbleiter-Nanostrukturen Referenzen [1] A. Wixforth, J. P. Kotthaus, G. Weimann, Physical Review Letters 56, 2104–2106 (1986)

Abb. 3: Akustisch getriebenes Labor auf einem Chip. Kleinste Tröpfchen können unter Einwirkung akustischer Wellen auf dem Chip bewegt und miteinander zur Reaktion gebracht werden

dungen, die noch vor Kurzem eine große technologische Herausforderung darstellten, gelang es uns auf diese Weise zum Beispiel, das genetische Material einer einzigen lebenden Zelle zu extrahieren und mittels der so genannten Polymerase-Kettenreaktion (PCR) auf einem Chiplabor zu vervielfältigen [7,8]!

Epilog Das Studium und die aktive Manipulation und Kontrolle von Nanosystemen sowohl aus der unbelebten wie auch der belebten Materie kann seit einiger Zeit mittels winziger Nanobeben auf einem Chip mit ungeahnter Präzision über die Systeme erreicht werden. Dabei stellen die akustischen Oberflächenwellen über die sie begleitenden elektrischen Felder und mechanischen Auslenkungen eine gänzlich neue Methode in den Nanowissenschaften bereit, die vielen anderen Verfahren in weiten Aspekten überlegen ist. Zunächst erdacht und geboren als HochfrequenzFilterelemente für die Nachrichtentechnik, haben die OFW in unseren Labors eine völlig neue Rolle gefunden, die in vielen eindrucksvollen Experimenten und Anwendungen dokumentiert ist. Wir sind stolz darauf, dass unsere Technik sich mittlerweile in der Fachwelt einen Namen gemacht hat und die ‚perfekten Wellen‘ auch in vielen anderen Labors der Welt eingehend Einsatz finden.

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Autoren:

Thomas Franke

[2] C. Rocke, S. Zimmermann, A. Wixforth, J. P. Kotthaus, G. Böhm, G. Weimann, Physical Review Letters 78, 4099–4102 (1997) [3] S. Völk, F. Knall, F. J. R. Schülein, T. A. Truong, H. Kim, P. M. Petroff, A. Wixforth, H. J. Krenner, Nanotechnology 23, 285201 (2012),http://nanotechweb.org/ cws/article/lab/50193 und http://www.youtube.com/watch?v=I KIc_k4xHlw [4] D. A. Fuhrmann, S. M. Thon, H. Kim, D. Bouwmeester P. M. Petroff, A. Wixforth, H. J. Krenner, Nature Photonics 5, 605-609 (2011) und http://www.youtube.com/watch?v=1j y7nTW6CTo [5] A. Wixforth, C. J. Strobl, C. Gauer, A. Tögl, J. Scriba, Z. v. Guttenberg, Anal Bioanal Chem 379, 982-991 (2004)

Andreas Hörner

Hubert Krenner

Stefan Thalhammer

[6] T. Frommelt, M. Kostur, M. Wenzel-Schäfer, P. Talkner, P. Hänggi, A. Wixforth, Phys. Rev. Lett. 100, 034502 (2008) [7] Z. v. Guttenberg, H. Mueller, H. Habermueller, A. Geisbauer, J. Pipper, J. Felbel, M. Kielpinski, J. Scriba, A. Wixforth , Lab on a Chip 5, 308–31 (2005) [8] S. Thalhammer, M. F. Schneider, A. Wixforth: Integrated Lab-on-a-Chip systems in life sciences. In: Nanoscale Phenomena – Fundamentals and Applications Edt.: H. Hahn, A. Sidorenko, I. Tiginyanu, ISBN 978-3-642-00707-1. Springer: 161-190

Achim Wixforth

Universität Augsburg Experimentalphysik 1 86159 Augsburg Tel: +49-(0)821 598 3300 Sekretariat: ext. 3301 Fax: ext. 3225 www.physik.uni-augsburg.de/exp1/


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Vom Partikel zur Funktion: Maßgeschneiderte Partikel für neue Hochleistungsmaterialien In Erlangen ist eine einmalige Dichte an herausragender Forschungskompetenz rund um die Partikeltechnologie entstanden. In einem einzigartigen Ansatz arbeitet die Partikeltechnologie als methodisch orientierte Querschnittsdisziplin mit den Fachrichtungen der Anwendungsbereiche Optik, Elektronik, Katalyse, Leichtbau und den Lebenswissenschaften eng zusammen.

Maßgeschneiderte Partikel

Partikeltechnologie Am Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik (Leitung Prof. Dr. Wolfgang Peukert) an der Friedrich-AlexanderUniversität Erlangen-Nürnberg (FAU) steht die Erzeugung, Formulierung und Charakterisierung von Partikeln im Mittelpunkt. Ausgehend vom molekularen Verständnis von Partikeloberflächen und Grenzflächen werden in hierarchisch gegliederten Ansätzen Methoden der Partikelherstellung und -verarbeitung untersucht. Das übergeordnete Ziel besteht darin, die funktionalen Eigenschaften von Partikelsystemen gezielt einzustellen und zu steuern. Die dabei ablaufenden chemischen und physikalischen Phänomene werden im Detail wissenschaftlich studiert und

Zinkoxidpartikel mit maßgeschneiderten Morphologien für Elektronik und UV-Schutz

Beispiel für einen nanostrukturierten Mesokristall aus Kupfer-/Zinkhydroxykarbonat

in neue verfahrenstechnische Ansätze umgesetzt. Durch Bottom-up- bzw. Topdown-Verfahren werden Partikel mit metallischen, halbleitenden und isolierenden Eigenschaften hergestellt. Als Bottom-up Verfahren werden in der Gasphase Heißwandreaktoren, Flammensprühpyrolyse und Lichtbogen sowie Fällungs- und Kristallisationsverfahren und Solvothermalsynthesen in der flüssigen Phase eingesetzt. Als Top-down Verfahren werden vor allem das Zerkleinern und Dispergieren, aber auch das Versprühen und Emulgieren intensiv untersucht. In den Prozessen werden Teilchengröße, Form und Struktur gezielt gesteuert. Ein wichtiger Trend geht zu immer feineren Partikelgrößen. Partikel mit Größen

im Bereich unterhalb von 10 µm und im Nanometerbereich weisen sehr hohe Oberflächen auf, sie sind grenzflächenbestimmt. Ein besonderer Schwerpunkt stellt daher die Steuerung von Oberflächeneigenschaften durch chemische Funktionalisierung in Flüssigkeiten oder durch Beschichten in der Gasphase (z.B. Atomic Layer Deposition) dar. Die Partikeloberflächen werden mit modernsten Methoden physikalisch und chemisch charakterisiert, darunter auch durch die besonders grenzflächensensitive nichtlineare Spektroskopie.

Durch Selbstorganisationsverfahren können komplexe Komposite aus Nanopartikel-Bausteinen hergestellt werden

Die Herstellung der Partikel und deren Funktionalisierung sowie die Formulierung z.B. in Form von leitfähigen oder halbleitenden Pasten oder Dispersionen erfordern


Maßgeschneiderte Partikel skalierbare Prozesse, d.h. die Produktion in hinreichenden Mengen. Daher werden vor allem kontinuierliche Verfahren entwickelt und direkt mit in-situ Messtechnik gekoppelt. Diese analytischen Methoden erlauben direkte Einblicke in die ablaufenden chemischen und physikalischen Vorgänge und eröffnen so neue Wege zur Steuerung und Optimierung von Prozessen und Produkten. Halbtechnische Versuchsanlagen (z.B. Fluid-FeststoffReaktoren, Wirbelschichten, Schmelzemulgierung) ermöglichen die Handhabung größerer Produktmengen und die Entwicklung von scale-up Regeln.

Interdiziplinärer Ansatz – Forschung in Prozessketten Modernen Hochleistungsmaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften kommt eine Schlüsselrolle für Fortschritte und Durchbrüche in zukunftsträchtigen Innovationsbereichen zu. Das Arbeiten in Prozessketten im Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM) zielt darauf ab, Partikel mit definierten Größe, Formen und Oberflächeneigenschaften zu erzeugen, die dann zu funktionalen Strukturen mit ganz spezifischen Eigenschaften zusammengebaut werden. Anwendungsbeispiele sind elektronische Bauelemente wie Feldeffekttransistoren, Leuchtdi-

oden oder Solarzellen, optische Metamaterialien, d. h. Materialien mit völlig neuen optischen Eigenschaften, Katalysatoren mit besonderer Selektivität oder Metallbleche, die durch Einarbeitung von Partikeln verbessert werden. Eine wichtige Herausforderung besteht in der Steuerung makroskopischer Eigenschaften durch mikroskopische Kontrolle der Partikelgrenzflächen. Diese wird durch modernste, hochpräzise, nichtinvasive Messverfahren ermöglicht, insbesondere durch optische Charakterisierung von einzelnen Nanopartikeln oder in-situ-Beobachtung von Syntheseprozessen. Im EAM stehen im Zentrum für Nanoanalytik und Elektronenmikroskopie (CENEM) eine hohe Kompetenz und modernste apparative Ausstattung zur ex-situ und in-situ Strukturanalytik (aberrationskorrigierte Elektronenmikroskopie mit einem TITAN3, Streumethoden, Spektroskopie) zur Verfügung. Der Bereich Modellbildung und Simulation macht immer realistischere und komplexere Fragestellungen zugänglich. Gleichzeitig erleichtern Optimierungsstrategien den hierarchischen Strukturaufbau im Hinblick auf die Funktion von Materialen und Bauteilen. Modellbasierte Methoden sind für das Verständnis und die Steuerung der ablaufenden Prozesse essentiell. Im Rahmen des Zentralinstituts für

Prozesskette von den Bausteinen zu den Bauteilen

53 Scientific Computing (ZISC), das aus dem EAM heraus gegründet wurde, erforschen Arbeitsgruppen für Modellbildung und Simulation skalenübergreifende Ansätze sowie Verfahren zur Struktur-, Eigenschafts- und Prozessoptimierung.

Anwendungsbeispiel: Partikel mit neuartigen optischen Eigenschaften Im Auto, zu Hause, im Büro – dunkle Flächen und getönte Scheiben schlucken das Sonnenlicht, heizen sich auf und geben die Wärme an die Umgebung ab. Die Entwicklung von neuartigen beschichteten Nanopartikeln kann dafür sorgen, dass Oberflächen kühler bleiben. Ziel eines interdisziplinären EAM-Projekts war es, eine Prozesskette abzubilden, die von definierten optischen Eigenschaften (z.B. einem frei wählbaren Extinktionsspektrum) bis zu einem maßgeschneiderten Partikel mit den gewünschten optischen Eigenschaften führen. Es sollten Partikel entwickelt werden, die durchsichtig sind, aber die nahe IR-Strahlung, d.h. die Wärme draußen lassen. Dies konnte mit einem bisher beispielslosen Ansatz realisiert werden, bei dem die Partikel am Computer mit Hilfe ausgefeilter Optimierungsstrategien entworfen und dann mit neuartigen Herstellungsmethoden erzeugt wurden. Hierfür wurde die Expertise in Erlangen im Bereich Simulation und Optimie-


Maßgeschneiderte Partikel

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Autoren:

Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Peukert Lehrstuhlinhaber / Koordinator des Exzellenzclusters EAM

Designkette für die Entwicklung von optisch aktiven Partikeln. Links: Definition der gewünschten optischen Eigenschaften. Mitte: Topologieoptimierung. Rechts: Experimentelle Umsetzung

rung von optischen Eigenschaften mit der in der Nanopartikelsynthese kombiniert. Spezielle mathematische Vorgehensweisen für die Form- und Topologieoptimierung sowie auch die schnelle Berechnung der optischen Eigenschaften von komplexen Partikeln

Particles) die besten Eigenschaften für Anwendungen aufweisen, die eine hohe Durchlässigkeit im sichtbaren Licht und eine hohe Extinktion im Infrarotbereich erfordern. Erstmals konnten einfache und skalierbare Lösungsansätze aufgezeigt

Prof. Dr.-Ing. habil. Karl-Ernst Wirth Produktentwicklung, Produktion im großen Maßstab Mitglied des EAM

Prof. Robin N. Klupp Taylor MEng, DPhil (Oxon) Forschungsgruppe nanostrukturierte Partikel EAM Juniorprofessor

Siliziumdioxid (Glas)-Partikel mit anisotropen Silberbeschichtungen in unterschiedlicher Morphologie, synthetisiert durch hochskalierbare Verfahren

und Aggregaten lieferten die Vorgaben für das Partikeldesign. Hierfür wurden neue Ansätze bei der Synthese notwendig, um asymmetrische, multifunktionale Partikel zu erzeugen. Es hat sich gezeigt, dass Partikel mit einem Siliziumdioxidkern mit einer nur teilweisen Beschichtung (Patchy

werden, um die Partikelmorphologie und damit auch die Partikeleigenschaften gezielt zu beeinflussen. Dies zeigt das zukünftige Potenzial dieses Partikeltyps als Bausteine für multifunktionale mesoskalige Materialien auf, die eine große Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten besitzen.

Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik Cauerstraße 4 91058 Erlangen

Partikeltechnologie in Erlangen Herzstück ist der Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik (LFG), dessen Leiter Professor Wolfgang Peukert zugleich Koordinator des Exzellenzclusters Engineering of Advanced Materials (EAM) ist. Dieser Forschungsverbund wird von 2007 bis 2017 im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder, vom Freistaat Bayern und der FAU gefördert. Der EAM bündelt in einem interdisziplinären Ansatz die Kompetenzen in Erlangen: Arbeitsgruppen aus Chemie, Chemieingenieurwesen, Elektrotechnik, Informatik, Physik, Maschinenbau, Mathematik und den Werkstoffwissenschaften sowie das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts und die beiden Erlanger Fraunhofer Institute (IISB, IIS) arbeiten eng zusammen. Sie entwickeln neue Hochleistungswerkstoffe für vier Anwendungsgebiete: Nanoelektronik, Optik & Photonik, Katalyse und Leichtbau. Die Partikeltechnologie bildet als Interdisziplinäres Zentrum für funktionale Partikelsysteme (CFPS), einen von drei Querschnittsbereichen des Exzellenzclusters Engineering of Advanced Materials. Die Partikeltechnologie ist zudem thematisch in das Graduiertenkolleg 1161 „Disperse Systeme für Elektronikanwendungen“, den SFB 814 “Additive Fertigung“, den SFB 935 “Synthetische Kohlenstoffallotrope“ und das AiF/DFG Cluster “Proteinschäume“ eingebunden. Durch zahlreiche Projekte mit der Industrie (z.B. Bayer Technology Services, BASF, EVONIK, Solvicore, Merck) ist eine sehr enge Verzahnung zur Anwendung gegeben.

Prof. Dr. Ulf Peschel Nanooptik, neue optische Materialien Professur für Experimentalphysik Koordinator des EAM Forschungsbereiches Photonische und optische Materialien

Interdisziplinäres Zentrum für funktionale Partikelsysteme Haberstr. 9a 91058 Erlangen Partikeltechnologie: www.lfg.fau.de Engineering of Advanced Materials www.eam.fau.de


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Nanostrukturphysik

Nanostrukturphysik an der Uni Regensburg Nanotechnologie und Nanowissenschaften umfassen viele Forschungsbereiche, die sich unter anderem mit der Physik und Chemie einzelner Atome und Moleküle bis hin zu Ansammlungen kondensierter Materie mit Strukturgrößen von bis zu rund 100 Nanometern befassen. Es handelt sich hierbei um eine interdisziplinäre Thematik von großer gesellschaftlicher Relevanz, da neben dem Erkenntnisgewinn auch eine Vielzahl von Anwendungen in den verschiedensten Bereichen erwartet werden. An der Regenburger Universität arbeiten rund 25 Professoren und Nachwuchswissenschaftler im Themenverbund „NanoScience“ zu verschiedenen Aspekten von Nanostrukturen. Die Aktivitäten werden durch verschiedene Programme der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und beleuchten zum Bespiel die Rolle des Spins in verschiedenen Arten von Nanosystemen (Sonderforschungsbereich (SFB) 689 „Spinphänomene in reduzierten Dimensionen“). Der Spin definiert, salopp gesprochen, die Orientierung des magnetischen Nord-und Südpol eines Elektrons. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf kohlenstoffbasierten Nanostrukturen wie Kohlenstoffnanoröhren oder dem nur eine Atomlage dicken Graphen (Graduiertenkolleg 1570: „Electronic Properties of Carbon Based Nanostructures“). Weitere Miniaturisierung und die Nutzung innovativer physikalischer Konzepte sind Schlüsselelemente

Abb. 1: Das Bild zeigt die Elektronenverteilung in einer Monolage Graphen (hexagonal angeordnete Kohlenstoffatome) mit angelagertem Wasserstoff (H). Wenn das elektrische Feld der Lichtwelle nach rechts zeigt zwingt das Magnetfeld B die Elektronenverteilung nach unten (hohe Elektronenbeweglichkeit), zeigt es nach rechts wird die Elektronenverteilung nach oben (geringe Elektronenbeweglichkeit) gedrückt. Dadurch entsteht eine bevorzugte Elektronenbewegung nach rechts und ein Gleichstrom fließt (Ratscheneffekt)

für die Entwicklung einer festkörperbasierten Quanteninformationstechnologie, die in Zusammenarbeit mit Münchner und Augsburger Kollegen im SFB 631: „Festkörperbasierte Quanteninformationsverarbeitung“ betrieben wird. In einer Deutsch-Japanischen Forschergruppe zum Thema „Topological Electronics“ beschäftigen wir uns mit Kollegen aus Würzburg, Tokio und Tohoku mit außergewöhnlichen elektronischen Zuständen in Halbleitern. Der Regensburger „NanoScience“-Verbund ist durch seine Konzentration auf magnetische, metallische, halbleitende und kohlenstoffbasierte Nanostrukturen thematisch bundesweit einzigartig und mit seinen Arbeiten international anerkannt. Im Folgenden möchte ich einige aktuelle Beispiele unserer Arbeit kurz vorstellen.

Graphen-Ratschen Graphen besteht aus einer nur eine Atomlage dünnen Schicht aus Kohlenstoff und zeigt interessante neue elektrische und mechanische Eigenschaften. In einer kombiniert experimentelltheoretischen Arbeit der Gruppen um Sergey Ganichev und Jaroslav Fabian konnte kürzlich nachgewiesen werden, dass unter bestimmten Bedingungen elektromagnetische Strahlung (hochfrequentes elektrisches Wechselfeld) im Terahertzbereich einen elektrischen Gleichstrom erzeugen kann. Dieser sog. Ratscheneffekt, der in Abb. 1 illustriert ist, nutzt, dass die elektromagnetische Welle die Verteilung der Elektronen (rote „Wolke“) in einem Magnetfeld periodisch in Bereiche mit höherer und niedriger Elektronenbeweglichkeit drückt.


Nanostrukturphysik Ferromagnetischer Einzelelektronentransistor Innerhalb des SFB 689 beschäftigen wir uns damit den Spin des Elektrons in die konventionelle Elektronik zu integrieren. Ein Modellsystem für solche Untersuchungen sind ferromagnetische Halbleiter, die in den Arbeitsgruppen von Dieter Weiss, Christian Back und Dominique Bougeard experimentell untersucht werden. Wir beschäftigen uns beispielsweise mit elektrischem Transport durch extrem kleine Bereiche aus ferromagnetischem Halbleitermaterial, mit dem Ziel, ferromagnetische

Abb. 2: Engstelle in einem ferromagnetischen Gallium-Mangan-Arsenid (GaMnAs) Film. Die schwarzen isolierenden Streifen mit 22 nm Breite trennen ausgedehnte Bereiche des GaMnAs Films

Einzelelektronentransistoren herzustellen. Die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer solchen Engstelle mit einer Abmessung von 25 x 22 Nanometern ist in Abb. 2 gezeigt.

Abb. 3:

Molekulare Schalter

Der ultimativ kleinste Transistor besteht nur aus einem einzelnen Molekül. Entsprechende Untersuchungen, die in der Arbeitsgruppe von Jascha Repp durchgeführt werden, zeigen, dass der Strom durch ein einzelnes Molekül gezielt geschaltet werden kann. Dies wird in Abb. 3 gezeigt. Illustration (a) und experimentelle Schaltkurve (b) eines molekularen Schalters. In (a) sieht man die Molekülstruktur eines Naphthalocyanin-Moleküls. Die grauen, weißen und blauen Kugeln repräsentieren jeweils Kohlenstoff-, Wasserstoffund StickstoffAtome. Im Zentrum befinden sich zwei Wasserstoffatome (hervorgehoben), die jeweils auf zwei sich gegenüberliegenden von vier äquivalenten Bindungsplätzen sind. Die Wasserstoffatome können, angeregt durch Stromfluss durch das Molekül, ihre Plätze wechseln (rote Pfeile), was mit einer Änderung des Leitwertes des Moleküls einhergeht. Die experimentelle Schaltkurve (b) zeigt eine solche Anregung, bei der die Position der Wasserstoffatome mehrfach geschaltet wird und der gemessene Strom zwischen zwei wohldefinierten Niveaus hin- und herspringt. Werden nach solchen Schaltvorgängen rastertunnelmikroskopi-

57 sche Bilder aufgezeichnet (rechts), so sieht man, welches Stromniveau welcher Orientierung der Wasserstoffe entspricht. Die Punkte in den Bildern zeigen die Position der Strominjektion während des Schaltvorganges an. Die präsentierten Beispiele zeigen nur einen kleinen Ausschnitt aus dem Forschungsspektrum der Nanostrukturphysik an der Universität, welches durch grundlegende Untersuchungen zur Physik auf der Nanometerskala geprägt ist.

Kontakt:

Prof. Dr. Dieter Weiss

Universität Regensburg Universitätsstr. 31 93053 Regensburg Tel.: +499419433197 E-mail: dieter.weiss@ur.de www.physik.uni-regensburg.de


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Chemische Nanosysteme – ein neues Forschungszentrum an der Universität Würzburg

Chemische Nanosysteme

Die Herstellung von Molekülen und die Erforschung von Moleküleigenschaften stehen im Mittelpunkt der universitären Chemikerausbildung. Zahlreiche Anwendungen von Molekülen beruhen jedoch auf einem komplexen Zusammenspiel von Molekülen mit anderen Molekülen, der Assoziation von Molekülen zu größeren Molekülverbänden oder gar der Wechselwirkung von Molekülen in sogenannten Volumenmaterialien wie z.B. Polymerfilmen oder Festkörpern. Im Jahr 2010 wurde an der Universität Würzburg das Center for Nanosystems Chemistry (CNC) gegründet, für welches bis 2015 vom Freistaat Bayern in direkter Nachbarschaft zum Chemiezentrum am Hubland ein Forschungsgebäude errichtet wird. Mit den in diesem Zentrum verfügbaren nanoanalytischen Methoden erforschen Chemiker und Physiker die Entstehung von aus Tausenden von Molekülen aufgebauten synthetischen Nanosystemen. Einer der Forschungsschwerpunkte des CNC liegt in der Entwicklung von Nanosystemen für die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom und nicht fossile Energieträger. Vor etwas mehr als 120 Jahren hat der Chemiker und spätere Nobelpreisträger Emil Fischer in Würzburg (1885-1892) mit seinen bahnbrechenden Arbeiten auf dem Gebiet der Zuckerchemie und dem Schlüssel-Schloss-Prinzip (“key and lock principle”) die Grundlage für das Verständnis supra- und biomolekularer Erkennungsprozesse gelegt. Heute gilt die durch zwischenmolekulare Wechselwirkungen vermittelte Assoziation von Molekülen mehr denn je als chemischer Schlüsselprozess, der die Ausbildung und Funktion lebender Materie erklärt und die rationale Entwicklung funktionaler Materialien gestattet. Wissenschaftler am CNC in Würzburg beschäftigen sich mit der Fragestellung, wie molekulare Bausteine gezielt zu größeren Molekülverbänden bis hin zu hierarchisch strukturierten Nano- und Volumenmaterialien assembliert werden können und welche Funktionen aus dem Zusammenspiel der einzelnen Komponenten in solchen komplexen chemischen Systemen resultieren.

Forschungsschwerpunkt Molekulare Nanomaterialien Die Nutzung supramolekularer Aufbauprinzipien zur zielgerichteten Herstellung strukturierter molekularer Nano- und Volumenmaterialien stellt einen Forschungsschwerpunkt mehrerer Arbeitsgruppen am CNC dar. In der Arbeitsgruppe von Professor Frank Würthner, dem Gründer

und Leiter des Zentrums, beschäftigt man sich mit Farbstoffen und organischen Halbleitermolekülen und deren Organisation zu funktionalen Molekülverbänden für Anwendungen in der organischen Elektronik, Photonik und Photovoltaik (Abb. 1). Um das Entstehen und den Aufbau nanoskaliger Molekülverbände zu verstehen, mussten am CNC zahlrei-

Abb. 1: In einem Selbstorganisationsprozess ordnen sich zwei Molekülsorten in geeigneter Weise (1), um nach Anbringung von elektrischen Kontakten (2) die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom bewirken zu können (3)


Chemische Nanosysteme

59 Forschungsschwerpunkt Organische Elektronik

Abb. 2: Aus Lösung kristallisiert ein organisches Halbleitermolekül im Zwischenraum zwischen zwei Goldelektroden(a,b). Der durch gerichtete Wasserstoffbrückenbindungen (c) gebildete Nanokristall ist als organischer Transistor nutzbar (d)

che neue Methoden etabliert werden, zu denen die Rasterkraftund Rasterelektronenmikroskopie ebenso gehören wie Röntgenmethoden und leistungsfähige Spektroskopieverfahren. Die Ausbildung von Nanostrukturen durch Selbstassemblierung von Molekülen interessiert auch den aus Spanien stammenden Nachwuchsgruppenleiter Dr. Gustavo Fernández, der als Sofja-Kovalevskaja-Preisträger am CNC forscht. Sein Forschungsschwerpunkt ist die Assemblierung von Molekülen zu Nanosystemen in Wasser, was eine besonders interessante Schnittstelle zur Biologie und Medizin ergibt. Hierzu verwendet er sogenannte amphiphile Moleküle, also Moleküle, die aus wasserlöslichen und wasserunlöslichen Segmenten bestehen. In ihrem Bestreben, sich dem Kontakt mit dem ungeliebten Wasser zu entziehen, lagern sich diese Moleküle zu faszinierenden Strukturen zusammen, deren Entstehen und deren strukturelle Aufklärung noch eine große Herausforderung für die Wissenschaft darstellen.

Forschungsschwerpunkt Molekulare Festkörper Unter einem molekularen Festkörper versteht man im engeren Sinne Molekülkristalle, in denen Millionen von Molekülen in hochgeordneter Weise gepackt sind. Solche Kristalle werden seit gut einem halben Jahrhundert zur Aufklärung von Molekülstrukturen genutzt. Die Frage, welche Wissenschaftler am CNC bewegt, ist aber nun, ob man auch komplexe molekulare Festkörper herstellen kann, welche interessante funktionale Eigenschaften besitzen (Abb. 2). Eng mit dieser Fragestellung verwandt ist auch die Flüssigkristallforschung, welche am CNC von Professor Matthias Lehmann vertreten wird. Flüssigkristalle und ihre technische Bedeutung sind uns von Displays wohl bekannt. Die Ausbildung von flüssigkristallinen Phasen erscheint aber auch vielversprechend für andere Technologien, da sie die Möglichkeit für eine gezielte Orientierung von Funktionsmolekülen durch mechanische Kräfte oder elektrische Felder gestattet.

Während die Halbleiterelektronik zu immer raffinierteren High-TechProdukten führt, ist das zugrundeliegende anorganische Halbleitermaterial – hochreines Silizium – für Chemiker schon lange ausgeforscht. Ganz anders verhält es sich mit organischen Halbleitern, welche über viele Jahrzehnte eher ein Schattendasein führten. Dies hat sich in den letzten zehn Jahren jedoch grundlegend geändert, seit sich organische Photoleiter im Büroalltag in Photokopierern und Laserdruckern etabliert haben und die brillantesten Displays in Smartphones und Fernsehern organische Leuchtdioden (OLED) verwenden. Diese basieren auf dem Einsatz organischer Halbleiter in amorphen Dünnschichten. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass organische Halbleiter in höher geordneten kristallinen Schichten sehr viel bessere Ladungstransporteigenschaften besitzen, mit denen auch organische Transistoren oder Sensorsysteme realisierbar sind (Abb. 2). Dieser Thematik widmet sich am CNC ein Forscherteam um Prof. Frank Würthner und Dr. Matthias Stolte, die in den letzten Jahren den Beweis erbringen konnten, dass zahlreiche industriell verfügbare Farbpigmente hervorragende organische Halbleitermaterialien darstellen.

Forschungsschwerpunkt Photovoltaik und Photokatalyse Im Rahmen des bayerischen Forschungsverbundes „Solar Technologies Go Hybrid“ wurden im Jahr 2012 an fünf Universitäten in Bayern sogenannte „Key Laboratories“ aufgebaut, welche innovative neue Ansätze zur Konversion von Sonnenenergie in Strom (Photovoltaik) und chemische Energieträger (Photokatalyse) erforschen. Das Würzburger Key Lab am CNC ist ein Forschungs-


Chemische Nanosysteme

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Forschungsschwerpunkt „molekulare Nanomaterialien“ (Abb. 1). Als zweiter Forschungsschwerpunkt wird an der Entwicklung künstlicher Chloroplasten gearbeitet, die ähnlich wie in einer pflanzlichen Zelle Lichtenergie zur Erzeugung von Brennstoffen nutzen (Abb. 3). Eine solche nach natürlichem Vorbild ablaufende künstliche Photosynthese könnte der Menschheit künftig dabei helfen, den Kohlendioxid-Gehalt in der Atmosphäre zu verringern und energiereiche Rohstoffe wie Wasserstoff oder Methanol zu gewinnen. Kontakt: Abb. 3: Durch Selbstorganisation gebildete Nanoröhren aus semisynthetischen Chlorophyllfarbstoffen im Modell (oben) und elektronenmikroskopischer Strukturbeweis (der schwarze Balken hat eine Länge von 200 nm, was in etwa einem 600stel der Dicke eines menschlichen Haares entspricht)

verbund, dem neben Prof. Frank Würthner die Chemieprofessoren Christoph Lambert, Todd Marder, Tobias Brixner sowie die Physikprofessoren Vladimir Dyakonov und Jens Pflaum angehören. Gemeinsam arbeiten sie daran, den Transport von Ladungsträgern und lichtangeregter Zustände besser zu verstehen und

damit die Effizienz organischer Halbleitermaterialien in der Photovoltaik zu verbessern. Da die aktive Schicht in organischen Solarzellen aus zwei molekularen Bausteinen aufgebaut ist, bei der es sowohl auf die Packung der einzelnen Moleküle als auch auf die Grenzschicht ankommt, ergibt sich der unmittelbare Bezug zum

Prof. Dr. Frank Würthner

Universität Würzburg Center for Nanosystems Chemistry Am Hubland 97074 Würzburg Tel.: +49 (0) 931 3181800 Fax: +49 (0) 931 3184756 cnc@uni-wuerzburg.de www.nanosystems-chemistry. uni-wuerzburg.de


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Die Nanosystems Initiative Munich hat sich seit ihrer Gründung im Jahr 2006 als ein international führendes Nanozentrum etabliert. Das Design und die Kontrolle künstlicher und multifunktionaler Nanosysteme sind die Grundpfeiler des wissenschaftlichen Programms des Exzellenzclusters. Der Einsatz dieser Systeme in komplexen und realistischen Umgebungen ist in der zweiten Förderphase durch die Exzellenzinitiative der zentrale Forschungsaspekt. Künstliche Nanosysteme haben ein breit gefächertes Anwendungspotenzial in Bereichen wie der Informations- und der Biotechnologie, aber auch bei der effizienten Nutzung der Sonnenenergie.

Quanten-Nanophysik (Research Area I) Die Modellierung und das Verständnis von Nanosystemen auf der

Die Forschung der Nanosystems Initiative Munich gliedert sich in fünf Forschungsbereiche, die Research Areas I bis V

Ebene der Quantenphysik sind die Voraussetzung für ihre Anwendung in hybriden Bauelementen, für die

Energieumwandlung sowie in biomolekularen und biomedizinischen Systemen. Ziel der Wissenschaftler der Research Area I ist es daher,

Quanten-Nanosysteme umfassend zu analysieren sowie Techniken für ihre Realisierung, Manipulation und Kontrolle zu entwickeln. Sie untersuchen systematisch Quantensysteme auf der Basis von FestkörperNanostrukturen sowie in optischen Gittern eingefangene, maßgeschneiderte Systeme aus wechselwirkenden Teilchen. Die Forschungsschwerpunkte liegen dabei auf (1) dem Design von nanoskaligen Quantenmaterialien sowie dem Verständnis der Mechanismen in diesen Systemen, (2) der Entwicklung hybrider Quanten-Nanosysteme, in denen gezielt verschiedene Quanten-Funktionalitäten miteinander verknüpft werden, (3) der Untersuchung von Nichtgleichgewichtsdynamik im Quantenlimit sowie (4) den Grundlagen von Quanten-X-tronik-Schaltkreisen (X

Nanosystems Initiative Munich

Exzellente Nanoforschung im Münchner Raum Die Nanosystems Initiative Munich (NIM)


Nanosystems Initiative Munich

62 steht hier für elektrische Ladung, Spin, Photon, etc.). Ein wichtiges Beispiel für die Verwendung von Quanten-X-tronik-Schaltkreisen ist der Quantencomputer, dessen Umsetzung die Informationsverarbeitung revolutionieren würde.

schen Eigenschaften gekoppelt werden, über nano-magnetische Systeme bis hin zu Nanosystemen, die auf biologischen Strukturen basieren. So werden zum Beispiel die Möglichkeiten der biologischen Selbstorganisation genutzt, um

Hybride Nanosysteme (Research Area II)

photonische Bauelemente zu realisieren oder die mechanischen und magnetischen Eigenschaften nanoskaliger Materie maßzuschneidern und zu optimieren.

Die Research Area II versteht sich als „Nanoschmiede“ innerhalb von NIM. Durch die geschickte Verknüpfung bestehender verschiedenartiger Nanostrukturen zu hybriden Nanosystemen schaffen die Wissenschaftler neuartige Systeme mit optimierten oder auch komplett neuen Eigenschaften. Grundlage bilden dabei vor allem nanoskalige Objekte aus den anderen vier Research Areas. In der Neukombination sollen sich diese Strukturen mit ihren optischen, elektrischen, magnetischen oder mechanischen Freiheitsgraden gegenseitig befruchten. Damit einher geht der Transfer von Materialien und Methoden aus verschiedenen Disziplinen wie der Halbleitertechnologie und der Mikro- und Nanofluidik. Die untersuchten Systeme reichen dabei von elektro-optomechanischen Nanosystemen, bei denen mechanische Freiheitsgrade von Nano-Resonatoren mit ihren opti-

Nanosysteme für die Energieumwandlung (Research Area III) Langfristiges Ziel der Research Area III ist es, mit Hilfe von Nanostrukturen neue Konzepte für nachhaltige, umwandlungs- und

kosteneffiziente Photovoltaik und für die Speicherung von Solarenergie in Form von chemischer Energie (z. B. Wasserstoff oder Methan) zu entwickeln. Aufgrund ihrer kleinen Dimensionen und der Möglichkeit ihre physikalischen Eigenschaften weitgehend zu beeinflussen, lassen sich mit nanostrukturierten Materialien die Bedingungen für die Ladungstrennung und den Ladungstransport optimieren, zwei Prozesse, die bei der effizienten Umwandlung von Sonnenenergie eine zentrale Rolle spielen. Dabei ist es jedoch entscheidend, die Morphologie der Nanosysteme genau gestalten zu können, ihre elektronischen Eigenschaften zu justieren und den unerwünschten Verlust von Ladungsträgern durch Rekombination zu begrenzen. Die Research Area III beschäftigt sich daher mit den folgenden grundlegenden Fragen: (1) Wie kann die Absorption von Licht verbessert werden? (2) Wie können die Rekombination von angeregtem Elektron und der verbliebenen Elektronenlücke und der damit verbundene Energieverlust verhindert werden? (3) Was ist die beste Materi-

alkombination, Größenordnung auf der Nanoskala und räumliche Anordnung der beteiligten Komponenten, um die optimalen Energieniveaus für eine effiziente Ladungstrennung und die anschließende Nutzung der Ladungsträger zu erzielen?


Nanosystems Initiative Munich

63 Biomedizinische Nanotechnologien (Area V)

Biomolekulare Nanosysteme (Research Area IV) Die Wissenschaftler der Research Area IV untersuchen Nanosysteme, deren Struktur auf Biomolekülen basiert. Ihr Ziel ist es, natürliche biologische Systeme zu verstehen, nachzubauen und künstliche Systeme mit definierten Funktionalitäten zu entwerfen. Diese reichen von einzelnen Biomolekülen über Molekülverbände, Enzymkomplexe wie die RNA-Polymerase oder das Cellulosom bis hin zu zellähnlichen Kompartimenten. Theoretische Modellierungen und numerische Simulationen ergänzen die experimentellen Untersuchungen. NIM weist eine weltweit einmalige Expertise in der EinzelmolekülAnalyse auf, was es den Wissenschaftlern erlaubt, die Interaktion zwischen Molekülen sowie die Dynamik einzelner Moleküle genau zu steuern und zu messen. Mit Hilfe der DNA-Origami-Technik kon-

struieren und untersuchen sie zudem größere künstliche Einheiten wie Protein-Analoga oder molekulare Motoren. Dabei dienen DNAStränge als Baumaterial, das sich selbstorganisiert in eine vorprogrammierte Form faltet. Die zweioder dreidimensionalen Strukturen können zudem als Gerüst für andere Moleküle dienen oder auch als Wirkstoffbehälter in der Nanomedizin eingesetzt werden. Künstliche „minimale Zellsysteme“ sollen helfen, die Prinzipien der zellulären Selbstorganisation in klar definierter Umgebung zu untersuchen. Mit Hilfe einer Art künstlichen „Urzelle“ untersuchen die Wissenschaftler beispielsweise die Grundfunktionen im Laufe der Zellteilung, den Aufbau des Zytoskeletts sowie einfache biochemische Netzwerke von Proteinen, die der Musterbildung und elementaren Signalverarbeitung dienen.

Schwerpunkt der Research Area V ist der Einsatz von Nanosystemen in lebenden Zellen und Organismen, um Krankheiten zielgerichtet in den betroffenen Geweben zu bekämpfen. Im Mittelpunkt stehen Wirkstoff-Transportsysteme im Nanomaßstab. Diese Nanopartikel müssen mit zahlreichen Eigenschaften ausgestattet sein, damit die Medikamente ihren Weg bis in das Zielgewebe finden. Die NIM-Wissenschaftler decken mit ihrer Forschung den ganzen Prozess von der Entwicklung des Nanopartikel-Materials bis hin zu ersten Anwendungsversuchen ab. Mesoporöse Silikate sind ein Beispiel für ein Material, das Wirkstoffe effektiv aufnehmen und programmiert erst vor Ort wieder freisetzen kann. Grundlage für die erfolgreiche Entwicklung der Transportsysteme sind zudem die vielfältigen bei NIM etablierten hochauflösenden Nanoskopie-Methoden. Nur so können die Wissenschaftler den Weg der Partikel, ihr Eindringen in die Zellen und ihr Verhalten beobachten. Bei den untersuchten Wirkstoffen handelt es sich zum einen um RNA-Strukturen, zum anderen um biogene Krebsmedikamente. Erste präklinische Versuche zur Behandlung von Lungenerkrankungen führt das Comprehensive Pneumology Center (CPC) bereits am LMUKlinikum in Großhadern durch.

Autorin: Dr. Birgit Gebauer Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Nanosystems Initiative Munich (NIM) Schellingstraße 4 80799 München Tel.: +49 (0)89 2180 5091 E-Mail: birgit.gebauer@lmu.de www.nano-initiative-munich.de


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Demonstrationslabor

Demonstrationslabor Nanotechnologie und Gesundheit NanoLab Die Einführung der Nanotechnologie und ihrer Produkte in vielfältigen Bereichen unseres täglichen Lebens sowie die rasant verlaufende Entwicklung der Nanowissenschaften insgesamt macht eine Abschätzung der Chancen und möglicher Risiken dringend erforderlich. Diese neue, zukunftsweisende Technologie wird auch im Bereich des Gesundheitsund Verbraucherschutzes zu einer deutlich intensiveren und vertieften Beschäftigung führen müssen. Frühzeitiges Erkennen eventueller Gesundheitsrisiken und ihre Charakterisierung sind besonders wichtig, auch um rechtzeitig und gezielt handeln zu können. Eine von Anfang an offen und verantwortungsvoll geführte Kommunikation mit der Bevölkerung über alle Aspekte ist dabei von entscheidender Bedeutung. In diesem Zusammenhang kommt der jungen Generation eine Schlüsselstellung zu. Ihr diese Zukunftstechnologie näherzubringen, die Möglichkeiten und Schwierigkeiten offen darzustellen und so zu einem verantwortungsbewussten und zukunftsorientierten Umgang beizutragen, sind auch eine wichtige Aufgabe des präventiven Gesundheitsschutzes. Im Auftrag des Bayerischen Staatsministeriums für Umwelt und Gesundheit hat das Bayerische Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit in seiner Münchner Dienststelle ein sogenanntes Nano-

Gerätesystem zur Messung von Partikeln in Flüssigkeiten (asymetrische Fluss-Feldflussfraktionierung, A4F)

Lab eingerichtet. Ziel dieses NanoDemonstrationslabores ist es, die bereits verfügbaren analytischen Möglichkeiten zur Messung und Charakterisierung von Nanopartikeln (z.B. in der Luft und in Lebensmitteln) darzustellen und auf künftige Entwicklungen einzugehen. Im Rahmen eines pädagogischen Gesamtkonzeptes wurden hierzu zielgruppenbezogene Präsentatio-

Rasterelektronenmikroskop

nen und Animationen, unter anderem zum Thema „gesundheitliche Risiken durch Nanopartikel“ erstellt. Im Zentrum steht die integrative Vermittlung der biologischen, chemischen, physikalischen und sozialen Aspekte der Nanotechnologie vor dem Hintergrund des vorbeugenden Gesundheits- und Verbraucherschutzes. Als Zielgruppe werden vordringlich Schülerinnen und Schüler gesehen. Aufgrund der räumlichen Möglichkeiten in einem auch anderweitig genutzten Laborbereich und den inhaltlichen Notwendigkeiten der praktischen Wissensvermittlung, kommen nur Kleingruppen in Frage. Daher werden, nach einer allgemeinen Einführung, die Schülerinnen und Schüler einer Klasse auf vier


Demonstrationslabor

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Lern-Stationen aufgeteilt, die nacheinander von den einzelnen Gruppen durchlaufen werden und am Ende für alle Schüler einen guten Überblick über die Thematik schaffen sollen. Station 1: Einführung in das Thema mit kurzem Überblick über die Nanotechnologie sowie gesundheitliche Aspekte von Nanopartikeln an Arbeitsplätzen und in der Umwelt. Station 2: Nanopartikel in der Luft (Entstehen von Nanopartikeln, Sammlung und Messmethoden, Schutzmaßnahmen) Station 3: Nanopartikel in Lebensmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln und Verbraucherprodukten (Beispiele der Anwendung, Messmöglichkeiten und künftige Entwicklungen) Station 4: Wie sehen Nanopartikel aus? Elektronenoptische Darstellung der Partikel mittels Rasterelektronenmikroskopie anhand von Beispielen) Weitere Möglichkeiten für die interaktive Wissensvermittlung zum Thema Nanotechnologie / Nanopartikel stehen für die Schüler zur Verfügung, um nachhaltig vertiefende Kenntnisse zu erhalten. Da die vorgesehene Struktur des NanoLab nur einen begrenzten Teilnehmerkreis erreichen kann,

Geräte zum Messen von Nanopartikeln in der Luft

wurde gleichzeitig damit begonnen ein „virtuelles“ Labor im Internet aufzubauen. Gerade durch die Vermittlung der Inhalte über das von Jugendlichen vielfach genutzte Medium Internet können so weit mehr Personen erreicht werden als durch die direkten Führungen im Labor. Dieses ergänzende Angebot ist über unsere Informationsplattform „NanoWissen Bayern“ zu Chancen und Risiken der Nanotechnologie erreichbar (http://www.nanowissen. bayern.de/index.htm), auf der Aspekte des Gesundheits-, Arbeitsund Verbraucherschutzes integrativ zusammengeführt werden. Daneben können auf ihr Links zu interessanten Seiten, Ansprechpartner in Wissenschaft, Industrie, Behörden und

anderen Organisationen sowie Hinweise auf relevante Termine und Projekte gefunden werden. Gemeinsam mit dem Verein Virtuelle Schule e.V. wurde das NanoLab als „virtuelles“ Labor in die bestehende Lernplattform (http://www.virtuelleschule.de/622.html) integriert, um ein verstärktes Online-Lernen im Bereich der Nanotechnologie zu ermöglichen. Es umfasst Videos, Text- und Bildtafeln, weiterführende Links und gibt Anleitung, wie man mit Hilfe von Web-Tools kooperativvernetzt arbeiten kann. Um eine breite Sensibilisierung des Themas im Bereich Schule zu erreichen werden in Kooperation mit der Virtuellen Schule e.V. gezielt Lehrerfortbildungsveranstaltungen angeboten. Autor:

Prof. Dr. med. Hermann Fromme Sachgebiet Chemikaliensicherheit und Toxikologie

Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit

Vorraum zum Labor

Pfarrstraße 3 80538 München Tel.: 0 91 31 / 68 08 - 4265 Fax: 0 91 31 / 68 08 - 4297 hermann.fromme@lgl.bayern.de www.lgl.bayern.de


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Zentrum Neue Technologien (ZNT)

Eine Plattform für aktuelle Forschung – Das Zentrum Neue Technologien im Deutschen Museum Nanotechnologie – sie macht Beschichtungen kratzfest, Oberflächen wasserabweisend und selbstreinigend, sorgt für höhere Lichtausbeuten in Solarzellen oder schützt in Sonnencreme unsere Haut vor UVLicht. In unserem Alltag kommen wir fast täglich mit Nanotechnologie in Berührung. Trotzdem ist sie großen Teilen der Bevölkerung weitgehend unbekannt, ebenso ihre Chancen und Risiken. Das liegt auch an den komplexen naturwissenschaftlichen Zusammenhängen mit denen man konfrontiert wird, wenn man Nanotechnologie verstehen will. Das Deutsche Museum hat sich der Herausforderung gestellt, Nanotechnologie auf einem allgemeinverständlichen Niveau zu präsentieren. Mit dem Zentrum Neue Technologien (ZNT) bietet das Deutsche Museum seit November 2009 der Nanotechnologie als einer der Schlüsseltechnologien des 21. Jh. eine breite Kommunikationsplattform. Kern des Zentrums ist die interdisziplinäre Ausstellung zur Nano- und Biotechnologie, die den Besuchern aktuelle Erkenntnisse aus Forschung, Entwicklung und Produktion vorstellt. Zum Beispiel zeigen riesige bewegliche Molekülmodelle, wie durch die Form eines Moleküls seine Funktion bestimmt wird; eine Familie von Rastersondenmikroskopen illustriert, dass man auch die Welt der Nanoteilchen sichtbar machen kann und ein „Nanosupermarkt“ stellt Produkte

Blick ins Zentrum Neue Technologien: Über der Ausstellung zur Nano- und Biotechnologie schwebt das UFO, in dem das DNA-Besucherlabor untergebracht ist. Foto: Deutsches Museum

aus dem Alltag vor, die bereits heute Nanotechnologie enthalten. Dialogforen und Hörstationen laden den Besucher dazu ein, sich mit den sozialen, gesellschaftspoli-

Nanoprodukte haben unseren Alltag schon längst erobert – eine Auswahl wird in der Vitrine „Am Ende zählt das Produkt“ vorgestellt. Foto: Deutsches Museum

tischen und ethischen Auswirkungen der Nano- und Biotechnologie zu beschäftigen. In die Ausstellung integriert ist auch ein großes Auditorium, in dem regelmäßig vielfältige Veranstaltungen stattfinden, von Nanoshows über Fachvorträge bis hin zu Bürgerdialogen. Auf der umlaufenden Galerie im Erdgeschoss zeigen die Wissenschafts- und Industriepartner des Zentrums Neue Technologien, die Fraunhofer-Gesellschaft, die Helmholtz-Gemeinschaft, die Max-Planck-

Gesellschaft und das Biotechnologie-Unternehmen AMGEN, Forschungsprojekte aus verschiedensten Technologiebereichen. In drei Besucherlaboren kann man entweder Wissenschaftlern bei der täglichen Arbeit über die Schulter schauen, selber molekularbiologische Versuche durchführen oder Experimente zur Robotik oder Automatisierungstechnik ausprobieren. Zum Zentrum Neue Technologien gehört auch die Ausstellung zum Deutschen Zukunftspreis. Sie zeigt zehn der mit dem Preis gekrönten Forschungsarbeiten, viele davon aus dem Bereich der Bio- und Nanotechnologie, und stellt herausragende Forscherpersönlichkeiten vor. Ziel des Gesamtkonzepts Zentrum Neue Technologien ist es, dem Besucher die Möglichkeit zu geben sich umfassend über Nanotechnologie und ihre Chancen und Risiken informieren und sich mit Hilfe der vielfältigen Inhalte eine fundierte eigene Meinung zur Nanotechnologie bilden zu können. Autorin: Dr. Christine Kolczewski Leitung Zentrum Neue Technologien

Deutsches Museum Museumsinsel 1 80538 München Tel. +49/(0)89/2179-517 Fax. +49/(0)89/2179-513 c.kolczewski@deutsches-museum.de www.deutsches-museum.de


Magazinreihe Zukunftstechnologien in Bayern

Leonrodstr. 61 路 80636 M眉nchen 路 Tel.: 089-23 55 57-3 路 Fax: 089-23 55 57-47 E-mail: mail@media-mind.info


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