Die Perfektion der Mücke oder ein Reiseführer in die NANO-Welt
Alles NANO, oder was? Das fragen sich immer mehr Menschen. Die Computer werden intelligenter, die Handys kleiner. Die Nanotechnologie bietet schon heute beachtliche Anwendungen. Noch mehr allerdings faszinieren die Möglichkeiten, die in der Zukunft liegen, zum Beispiel in der Medizin. Können spezielle
Nanopartikel tatsächlich bald gezielt Krebszellen attackieren? Zeit für eine Bestandsaufnahme: Was ist Nanotechnologie? Wo kommt sie bereits zum Einsatz? Was kann sie in Zukunft leisten? Und welche Gefahren sind mit ihr verbunden? All diese Fragen beantwortet Gert Ganteför, im richtigen Leben
Physikprofessor, in diesem dem Buch.
Beste NANO-Lehrmeisterin: die Natur
Die Natur ist dabei der reizvolle Ausgangspunkt des Buches, denn sie ist »die wahre Meisterin der Nanotechnologie«, wie Ganteför betont. Naheliegend dass der Autor zunächst einmal die Gesetze erklärt, die in der Welt der Moleküle, Atome und Quanten herrschen. Dringt man zum Beispiel in den Bereich von unter 100 Nanometern vor zum Vergleich: Blutkörperchen sind zehnmal größer spielen die Naturgesetze verrückt. Elektronen fliegen durch Barrieren, Teilchen können an mehreren Orten gleichzeitig sein und auch das Licht verlässt seine Bahnen. Der Mensch beginnt gerade erst zu verstehen, welche Chancen und Risiken dieser noch unerforschte Bereich bereithält. Dieses Buch ist der unverzichtbare Reiseführer in die Welt der Nanotechnologie verständlich, unterhaltsam, spannend.
Danksagung IX
Vorwort XI
1 Einleitung 1
1.1 Eine Mücke ist Nanotechnologie 1
1.2 Was ist Nano? 3
1.3 MilliMikroNano 5
1.4 Es gibt viel Platz nach unten 6
1.5 Bottom-up und top-down 7
1.6 Die seltsamen Naturgesetze der Nanowelt 9
1.7 Nanotechnologie heute 11
1.8 Gefahren 13
1.9 Medizinische Anwendungen 14
1.10 Zukunftsvisionen 16
2 Die Geschichte 19
2.1 Die Idee einer kontinuierlichen Entwicklung 21
2.2 Die Steinzeit 23
2.3 Ägypter und Römer 25
2.4 Das Mittelalter 27
2.5 Die industrielle Revolution 28
2.6 Mikrotechnologie 30
2.7 Nanotechnologie 32
2.8 Die historische Entwicklung im Überblick 33
3 Die Natur 37
3.1 Kopfüber an der Decke umhergehen 37
3.2 Selbstreinigende Oberflächen 40
3.3 Alle Lebewesen bestehen aus Zellen 42
3.4 Ein Blick in das Innere der Zelle 44
3.5 Die Zelle als Nanofabrik 47
3.6 Der Vorsprung der Natur 48
3.7 Der Mensch baut top-down, die Natur bottom-up 49
3.8 Die Bausteine der Zelle 49
3.9 Die Zellwand 50
3.10 Das Zellgerüst 51
3.11 Proteine 52
3.12 Die Erbsubstanz 53
3.13 Die Synthese von Proteinen 54
3.14 Wie eine Zelle Nanomaschinen baut 56
3.15 Was ist Leben? 56
3.16 Gefährliche Nanomaschinen: Viren 58
4 Die Gesetze 61
4.1 Was ist ein Atom? 61
4.2 Das Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis 62
4.3 Die Temperatur 65
4.4 Die Nanowelt der Quanten 69
4.5 Teilchen und Wellen 70
4.6 Was ist Licht? 71
4.7 Teilchen sind Wellen 74
4.8 Reale Science Fiction: Wahrscheinlichkeitswellen 75
4.9 Der Tunneleffekt 76
4.10 Die Unschärferelation 78
4.11 Neue Eigenschaften in der Nanowelt 80
4.12 Wellen sind Teilchen 80
5 Werkzeuge 83
5.1 Das Lichtmikroskop 86
5.2 Das Elektronenmikroskop 91
5.3 Das Rastertunnelmikroskop 97
5.4 Die Geschichte der Photolithographie 103
5.5 Fertigung von Bauelementen mit Photolithographie 108
5.6 Der Waferstepper 109
5.7 Elektronenstrahl-Lithographie 114
5.8 Materialbearbeitung mit Ionenstrahlen 115
6 Nanopartikel 119
6.1 Die Herstellung von Nanopartikeln 121
6.2 Neue Materialien 122
6.3 Feinstaub 124
6.4 Sulfat-Aerosole 129
6.5 Kolloide 131
6.6 Cluster: Neue Eigenschaften im 1-NanometerBereich 135
6.7 Drei Ursachen für neue Eigenschaften 138
6.8 Neue Eigenschaften: 1. Die geometrische Struktur 138
6.9 Fullerene 144
6.10 Nanotubes 147
6.11 Neue Eigenschaften: 2. Reaktive Oberflächenatome 151
6.12 Neue Eigenschaften: 3. Quanteneffekte 154
6.13 Magische Zahlen 156
7 Anwendungen 161
7.1 Nanopartikel in Verbundmaterialien 161
7.2 Nanoton in PET-Flaschen 165
7.3 Sonnencremes mit hohen Schutzfaktoren 166
7.4 Antibakterielle Silber-Nanopartikel 167
7.5 Selbstreinigende Oberflächen 168
7.6 Superkondensatoren 169
7.7 Fasern aus Kohlenstoff-Nanotubes 172
7.8 Nanosiebe 173
7.9 Krebstherapie 176
7.10 Drug-Delivery 178
7.11 Molekulare Elektronik 178
8 Computer 181
8.1 Digitalisierung 181
8.2 Der Grundbaustein eines Computers 182
8.3 Die gute alte Zeit: Analoge Datenverarbeitung 186
8.4 Analog-Digital-Wandler 187
8.5 Digital-Analog-Wandler 188
8.6 Speichermedien: CD, Festplatte und USB-Stick 189
8.7 Die Datenauswertung 195
8.8 Wie real ist Feynmans Vision heute? 195
8.9 Vergleich Computer Gehirn 197
8.10 Das Mooresche Gesetz 198
8.11 Was kommt als Nächstes? 200
8.12 Was können Computer? 201
9 Gefahren 203
9.1 Unrealistische Gefahren 203
9.2 Reale Gefahren 205
9.3 Konventionelle Schadstoffe 206
9.4 Risikoabschätzung 209
9.5 Eintrittspforten in den Körper 210
9.6 Die Lunge 211
9.7 Ein neues Fachgebiet: Nanotoxikologie 214
9.8 Untersuchungsmethoden 216
9.9 Die Pionierzeit der Nanotoxikologie 217
9.10 Der Stand des Wissen: Eine Übersicht 218
9.11 Siliziumdioxid 218
9.12 Titandioxid 220
9.13 Zinkoxid 222
9.14 Aluminiumoxid 223
9.15 Silber 224
9.16 Gold 225
9.17 Industrieruß (Carbon Black) 227
9.18 Fullerene 228
9.19 Kohlenstoff-Nanotubes 229
9.20 Zusammenfassung 231
10 Visionen 233
10.1 Produktivität und Ressourcen 234
10.2 Medizin 234
10.3 Computer 240
10.4 Militärische Nanovisionen 244
10.5 Die technologische Singularität 246
10.6 Nanoassembler 247
10.7 Klimakontrolle 248
11 Zusammenfassung 251
12 Referenzen 255
Stichwortverzeichnis 263
