Nanotechnologie für Dummies

Earl Boysen ist der Gründer von UnderstandingNano.com und hat über 20 Jahre als Ingenieur in der Halbleiter-Industrie gearbeitet. Nancy Boysen hat mehr als 60 Bücher über Technik geschrieben und betreibt die Website TechSmartSenior.

• Widmung 7 Über die Autoren 9Danksagung der Autoren 9Über die Übersetzer 9Einleitung 21Über dieses Buch 21Törichte Annahmen 21Wie dieses Buch aufgebaut ist 22Teil I: Grundlagen der Nanotechnologie 22Teil II: Anwendungen der Nanotechnologie 22Teil III: Die Nanotechnologie und die Menschen 22Teil IV: Der Top-Ten-Teil 23Glossar 23In diesem Buch verwendete Symbole 23Wie es weitergeht 23Teil I Grundlagen der Nanotechnologie 25Kapitel 1 Einführung in die Konzepte der Nanotechnologie 27Was ist überhaupt Nanotechnologie? 27Eine genaue Definition geben 27Vor der Nanotechnologie war das Atom 29Sich der Nanotechnologie von oben und unten nähern 31Verstehen, wie die Nanotechnologie die Dinge verändert 32Reaktionen mit anderen Elementen 32Die Farbe ändern/Veränderliche Farbe 33Bei niedrigeren Temperaturen schmelzen/Niedriger Schmelzpunkt 33Nano ist überall 34Nanotechnologie in unterschiedlichen Feldern 34Tipps von Arbeitsgruppen 35Kapitel 2 Wer macht was? 37Die Entwicklung der Nanotechnologie verstehen 37Die Zeitachse betrachten 37Augen auf im Nanometerbereich 38Die Einführung der Nanophysik in die Welt: Richard Feynmans Rolle 38Die Rolle des Rastertunnelmikroskops 39Buckyballs verfolgen 40Daumen hoch für »Bottom-up-Methode« 41Die Entdeckung der Nanoröhrchen 41Die Rolle der Behörden und Ministerien 43Das derzeitige Feld der Nanotechnologie 44Staatliche Unterstützung 44Der Gesundheitsbereich 45Geld verdienen: Die Rolle von Firmen bei der Entwicklung der Nanotechnologie 45Die Arbeitskräfte ausbilden 46Die internationale Entwicklung in der Nanotechnologie 46Den heutigen Stand und den zukünftigen Weg der Nanotechnologie verstehen 47Heutige Produkte der Nanotechnologie 47Produkte und Verfahren, die noch in der Entwicklung sind 48Luftschlösser bauen 49Kapitel 3 Grundbausteine: Nanomaterialien 51Materialien auf Kohlenstoffbasis 51Buckyballs 52Kohlenstoff-Nanoröhrchen 53Graphen 56Diamantoide: Diamantartige Materialien 58Auf dem zweiten Platz: Nanopartikel ohne Kohlenstoff 59Eisen und Eisenoxid 59Platin 61Gold 61Siliziumdioxid 63Silber 63Nanopartikel aus Titandioxid 64Silizium 65Palladium 67Neodym 68Bor 68Bornitrid 69Die Suche nach Nanopartikeln 71Kapitel 4 Geräte zum Arbeiten mit Nanopartikeln 73Objekte im Nanometermaßstab betrachten 73Elektronenmikroskop 73Rasterkraftmikroskopie (AFM) 76Molekulare Fingerabdrücke in der optischen Spektroskopie 77Atome und Moleküle beeinflussen 78Atome mit dem Rastertunnelmikroskop bewegen 78Molekül-Zusammenbauer 80Nanoroboter 81Herstellung von Computerchipbestandteilen im Nanometermaßstab 83Mit der Nanolithografie Strukturen schreiben 83Strukturen für Forscher schreiben: Die Dip-pen-Nanotechnologie 85Elektronenstrahllithografie 86Systeme zur Erzeugung von Nanopartikeln 86Kapitel 5 Die Nanotechnologie an die Arbeit schicken 91Die Größe von Dingen ändern 91Den Oberflächenbereich maximieren 91Verringerung der Größe von Poren in Materialien 92Materialeigenschaften verändern 94Die Grundlagen der Funktionalisierung 94Nanoverbundwerkstoffe herstellen 96Anpassung der Struktur von Beschichtungen und dünnen Filmen 97Selbstorganisierende Anordnung: Nanopartikel, die ihre eigenen Anordnungen einnehmen 97Mechanosynthese 99NEMS verwenden, um mit Apparaten im Nanometermaßstab zu arbeiten 102Nanopartikel in Materialien einbauen 103Nanoröhrchen in Drähte und Kabel verspinnen 103Nanopartikel in Fasern einarbeiten 104Teil II Anwendungen der Nanotechnologie 105Kapitel 6 Elektronik im Nanometermaßstab 107Mit Computerchips arbeiten 107Kleinere Chips herstellen 108Dinge mit FETs schalten 108Transistoren aneinanderreihen 111Speicherkapazitäten verbessern 111Speichern mit einem Flash 112Speicherelemente mit Memristoren bauen 113Nickel einsetzen 113Siliziumdioxid-Sandwiches verwenden 113Magnetisierend 114Verbindungen durch Licht herstellen 114Displays verbessern 116Nanodrähte in organischen Leuchtdioden verwenden 116Displays biegsam machen 116Den Leistungsverbrauch von Bildschirmen senken 117Die Emissionen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwenden 118Die Vorteile von Quantenpunkten ausnutzen 118Alle Arten von Dingen mit Nanosensoren aufspüren 118Das Potenzial von Nanosensoren gründlich betrachten 119Wie Nanosensoren das machen, was sie machen 119NEMS 122Kapitel 7 Nanotechnologie in Ihrem Haus und Ihrem Auto 123Festere Baustoffe herstellen 123Fenster isolieren 123Herstellung dünnerer Wände, die die Wärme halten 124Versorgung des Hauses mit günstigen Solarzellen 125Hausverkleidungen mit Schichten im Nanometerbereich schützen 125Wände keimfrei halten 126Fliesen legen mit einem selbstnivellierenden Nanowerkstoff 127Beton mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen dauerhafter machen 128Glänzende Ideen: Nanotechnologie und Elektronik 128Reinigen mit der Nanotechnologie 129Die Verwendung der Nanotechnologie in Autos 130Ihr Auto durch die Sonne aufladen 131Elektroautos und Hybridfahrzeuge mit Energie versorgen 132Die Möglichkeiten von Wasserstoffbrennstoffzellen begreifen 132Die Lackierung glänzend erhalten 132Die Fensterscheiben von Autos behandeln 133Die Reifen überprüfen 134Autos mit einem geringeren Gewicht herstellen 134Kapitel 8 Nanotechnologie in Ihrem persönlichen Leben 137Schnittigere Sportartikel 137Tennisbälle sprunghafter machen 137Leichtgewichtige und leistungsfähige Schläger herstellen 138Auf zum Golf 138... und mehr 139Verbesserte Stoffe herstellen 139Stoffe widerstandsfähig gegenüber Wasser und Schmutz machen 140Stoffe herstellen, die Elektrizität erzeugen oder speichern 141Wärmende Kleidung 142Dank der Kleidung besser riechen 143Stoffe mit einzigartiger Passform herstellen 143Zum Nachtisch: Nahrungsmittel verbessern 144Wie geht die Nahrungsmittelindustrie mit der Nanotechnologie um? 144Nanomaterialien in der Verpackung von Lebensmitteln 145Verunreinigungen entdecken 145Die Eigenschaften von Nahrungsmitteln mit der Nanotechnologie ändern 146Nanotechnologie beim Anbau von Lebensmitteln 147Hautpflege, die Sie jung erhält 148Vitamine und Nährstoffe für einen jugendlichen Schimmer 148Der Jungbrunnen: Anti-Aging-Produkte 148Sonnenmilch ohne das klebrige weiße Zeug herstellen 148Kapitel 9 Den Umgang mit Medizin ändern 151Keine Labortests erforderlich: Die Diagnose von Krankheiten in der Arztpraxis 151Sensoren auf der Grundlage von Nanodrähten 152Funktionalisierte Quantenpunkte zum Erkennen von Krankheiten 153Mit funktionalisierten Nanopartikeln aus Eisenoxid den Schuldigen erkennen 154Die medizinische Bildgebung verbessern 155MRT mit Eisenoxid-Nanopartikeln 156Mit Quantenpunkten aus Silizium zur Fluoreszenz gelangen 157Medikamente effizienter verabreichen 158Die Membranen von Zellen überwinden 158Die richtige Stelle anpeilen 160Nanopartikel und Mulitasking 161Die tägliche Dosis überflüssig machen 162Die Grippe stoppen 162An der Hautoberfläche 163Behandlungen 163Mit Wärme erkrankte Zellen zerstören 164Infektionen antimikrobiell behandeln 165Etwas unternehmen, wenn sich unser Immunsystem gegen uns wendet 165Die DNA auf die Reihe bringen 166Die Verwendung von Nanorobotern 166Kapitel 10 Mit der Nanotechnologie Energie sparen 171Die großen Drei der Energietechnik: Erzeugung, Verteilung und Speicherung 171Energie kostengünstiger erzeugen 172Solarzellen aufmotzen 172Brennstoffzellen mit der Nanotechnologie anfeuern 175Die Verteilung der Energie verbessern 179Drähte zum Singen bringen 179Energie effizienter speichern 181Die Arbeitsweise von Batterien verstehen 181Elektronen mit Superkondensatoren speichern 184Andere Energieformen 184Kapitel 11 Die Umwelt verbessern 187Die Luft reinigen 187Reinigung der Luft mit Nanomaterialien 188Kohlendioxid durch Nanotechnologie einfangen 188Kohlendioxid in etwas Nützliches verwandeln 191Durch Nanopartikel die globale Erwärmung in den Griff bekommen 192Autos sauberer machen 193Die Luft im Inneren des Hauses reinigen 194Wasser reinigen 195Das Problem verstehen 195Verunreinigtes Grundwasser mit der Nanotechnologie reinigen 196Ölteppiche beseitigen 198Salzwasser trinkbar machen 198Bakterien aus dem Trinkwasser entfernen 200Kapitel 12 Star Wars: Die Nanotechnologie in der Raumfahrt und bei der Verteidigung 203Weltraum: Am Rande des Universums 203Die Raumfahrt durch leichtgewichtige Raumschiffe ankurbeln 203Mit dem Weltraumlift aufsteigen 205Selbstreparierende Raumanzüge 206Mit Nanosensoren Astronauten gesund erhalten 207Wasser (und mehr) auf anderen Planeten finden 207Gehende Sensoren 207Mit leichtgewichtigen Sonnensegeln durch den Weltraum segeln 209Kleinere Raketen für Raumschiffe bauen 209Die Nanotechnologie zur Verteidigung einziehen 210Unsere Truppen mit Körperpanzern schmücken 210Eine größere Effizienz durch Verformung 211Noch mehr Energie speichern 213Gefährliche Wirkstoffe erkennen 214Seeleuten helfen, die Schraube am Schwirren zu halten 215Leichtgewichtige, tragbare Energie erzeugen 215Kugelsicheres Material biegsamer machen 216Teil III Die Nanotechnologie und die Menschen 217Kapitel 13 Nanotechnologie: Aspekte der Ethik, Sicherheit und Regulierung 219Ethische Dilemmas ansprechen 219Für immer leben 220Güter aus dem Nichts erzeugen 221Die richtige Wahl treffen 222Organisationen, die sich mit Nanoethik beschäftigen 223Sicherheitsfragen in den Griff bekommen 223Beispiele für Sicherheitsfragen betrachten 224Ein Überblick über Sicherheitsprogramme im Bezug auf die Nanotechnologie 225Die behördliche Landschaft untersuchen 227Die Notwendigkeit von Vorschriften verstehen 227Ein Regelwerk für den Umgang mit der Nanotechnologie 227In die Privatwirtschaft wechseln 229Kapitel 14 Ausbildung und Karriere in der Nanotechnologie 231Eine Ausbildung auf dem Gebiet der Nanotechnologie erhalten 231Welcher Studiengang ist der richtige für Sie? 232Welchen Abschluss können Sie dort machen, wohin Sie gehen wollen? 232Duales Studium 233Der Studiengang Nanowissenschaften an Universitäten 234Eine Karriere in der Nanotechnologie planen 234Wo liegt der Bedarf? 235Karrieremöglichkeiten ausführlich betrachten 236Wie viel können Sie verdienen? 237Die Wünsche der Arbeitgeber verstehen 239Verzweifelt gesucht: Ratschläge für Arbeitgeber 240Teil IV Der Top-Ten-Teil 241Kapitel 15 Zehn Webseiten, um die Nanotechnologie besser zu verstehen 243UnderstandingNano 243nanoTruck 244DaNa 2.0 245Foresight Institute 246Zwerge erobern die Welt 247Deutscher Verband Nanotechnologie 247Wissenschaft aktuell 248Swiss Nano Cube 249nanospots 250Nanothriller 251Kapitel 16 Nanowissenschaften studieren 253Universität Kassel – Nanostrukturwissenschaften 253Universität Karlsruhe – Nanoelektronik 254Technische Universität Ilmenau – Mikro- und Nanotechnologie 255Technische Universität Braunschweig – Nano-Systems-Engineering 256Universität Hamburg – Nanowissenschaften 257Universität des Saarlandes – Mikrotechnologie und Nanostrukturen 258Technische Universität Chemnitz – Micro and Nano Systems 258Universität Bayreuth – Polymer- und Kolloidchemie 259Leibniz Universität Hannover – Nanotechnologie 259Technische Universität Kaiserslautern – Nanotechnologie und Nanobiotechnologie 262Kapitel 17 Zehn interessante Nanotechnologie-Forschungseinrichtungen 263Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme (ENAS) 263Leistungszentrum Nachhaltigkeit Freiburg 264Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik 266Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) 266Joint Research Centre (JRC) 268London Centre of Nanotechnology (LCN) 269Forschungseinrichtungen bei Hewlett-Packard (HP) 270ARC Centre of Excellence for Functional Nanomaterials (ARCCFN) 272Cornell NanoScale Science & Technology Facility (CNF) 273Center for the Environmental Implications of Nanotechnology (CEINT) 274Glossar 277Stichwortverzeichnis 281