Nanomaterialien können als Materialien definiert werden, die mindestens eine Außenabmessung von 1–100 nm besitzen.Die Definition der Europäischen Kommission besagt, dass die Partikelgröße von mindestens der Hälfte der Partikel in der Anzahlgrößenverteilung 100 nm oder weniger betragen muss.
Nanomaterialien können in der Natur vorkommen, als Nebenprodukte von Verbrennungsreaktionen entstehen oder gezielt durch Technik hergestellt werden, um eine spezielle Funktion zu erfüllen.Diese Materialien können andere physikalische und chemische Eigenschaften haben als ihre Gegenstücke in Massenform.
Welche Einsatzmöglichkeiten bieten Nanomaterialien?
Aufgrund der Fähigkeit, die Materialien auf eine bestimmte Art und Weise zu erzeugen, um eine bestimmte Rolle zu spielen, erstreckt sich der Einsatz von Nanomaterialien über verschiedene Branchen, vom Gesundheitswesen und der Kosmetik bis hin zum Umweltschutz und der Luftreinigung.
Im Gesundheitswesen beispielsweise werden Nanomaterialien auf vielfältige Weise eingesetzt, wobei eine Hauptanwendung die Medikamentenverabreichung ist.Ein Beispiel für diesen Prozess ist die Entwicklung von Nanopartikeln, die den Transport von Chemotherapeutika direkt zu Krebsgeschwüren unterstützen und Medikamente in geschädigte Arterienbereiche transportieren sollen, um Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu bekämpfen.Es werden auch Kohlenstoffnanoröhren entwickelt, die beispielsweise bei der Zugabe von Antikörpern zu den Nanoröhren zur Herstellung von Bakteriensensoren eingesetzt werden sollen.
In der Luft- und Raumfahrt können Kohlenstoffnanoröhren bei der Umformung von Flugzeugflügeln eingesetzt werden.Die Nanoröhren werden in einer Verbundform verwendet, um sich als Reaktion auf das Anlegen einer elektrischen Spannung zu biegen.
Auch anderswo werden bei Umweltschutzprozessen Nanomaterialien eingesetzt – in diesem Fall Nanodrähte.Es werden Anwendungen entwickelt, um die Nanodrähte – Zinkoxid-Nanodrähte – in flexiblen Solarzellen einzusetzen und bei der Aufbereitung von verschmutztem Wasser eine Rolle zu spielen.
Beispiele für Nanomaterialien und die Branchen, in denen sie verwendet werden
Der Einsatz von Nanomaterialien ist in einer Vielzahl von Branchen und Konsumgütern weit verbreitet.
In der Kosmetikindustrie werden mineralische Nanopartikel – etwa Titanoxid – in Sonnenschutzmitteln eingesetzt, da herkömmlicher chemischer UV-Schutz auf lange Sicht keine gute Stabilität bietet.Titanoxid-Nanopartikel können wie das Hauptmaterial einen verbesserten UV-Schutz bieten und haben gleichzeitig den zusätzlichen Vorteil, dass sie die kosmetisch unschöne Aufhellung entfernen, die mit Sonnenschutzmitteln in ihrer Nanoform verbunden ist.
Die Sportindustrie stellt Baseballschläger her, die aus Kohlenstoffnanoröhren bestehen, wodurch die Schläger leichter und damit leistungsstärker werden.Eine weitere Verwendung von Nanomaterialien in dieser Branche lässt sich im Einsatz antimikrobieller Nanotechnologie in Artikeln wie Handtüchern und Matten von Sportlern erkennen, um durch Bakterien verursachte Krankheiten zu verhindern.
Nanomaterialien wurden auch für den Einsatz im Militär entwickelt.Ein Beispiel ist der Einsatz mobiler Pigment-Nanopartikel, die durch Injektion der Partikel in das Material von Soldatenuniformen eine bessere Tarnung ermöglichen.Darüber hinaus hat das Militär Sensorsysteme entwickelt, die Nanomaterialien wie Titandioxid verwenden und biologische Wirkstoffe erkennen können.
Der Einsatz von Nano-Titandioxid erstreckt sich auch auf die Verwendung in Beschichtungen zur Bildung selbstreinigender Oberflächen, beispielsweise von Kunststoff-Gartenstühlen.Auf der Beschichtung bildet sich ein versiegelter Wasserfilm, in dem sich eventueller Schmutz löst. Beim nächsten Duschen wird der Schmutz entfernt und die Stühle praktisch gereinigt.
Vorteile von Nanomaterialien
Die Eigenschaften von Nanomaterialien, insbesondere ihre Größe, bieten im Vergleich zur Massenform der Materialien verschiedene Vorteile, und ihre Vielseitigkeit im Hinblick auf die Möglichkeit, sie an spezifische Anforderungen anzupassen, unterstreicht ihren Nutzen.Ein weiterer Vorteil ist ihre hohe Porosität, die wiederum die Nachfrage nach ihrem Einsatz in einer Vielzahl von Industrien erhöht.
Im Energiesektor hat der Einsatz von Nanomaterialien den Vorteil, dass sie bestehende Methoden der Energieerzeugung – wie etwa Solarpaneele – effizienter und kostengünstiger machen und neue Möglichkeiten der Energiegewinnung und -speicherung eröffnen können .
Nanomaterialien werden auch in der Elektronik- und Computerindustrie zahlreiche Vorteile bringen.Ihr Einsatz wird eine Steigerung der Genauigkeit beim Aufbau elektronischer Schaltkreise auf atomarer Ebene ermöglichen und die Entwicklung zahlreicher elektronischer Produkte unterstützen.
Das sehr große Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis von Nanomaterialien ist insbesondere bei der Anwendung im medizinischen Bereich von Vorteil, da es die Verbindung von Zellen und Wirkstoffen ermöglicht.Daraus ergibt sich der offensichtliche Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit, verschiedene Krankheiten erfolgreich zu bekämpfen, steigt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18. November 2020