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Nanotechnologie stößt in immer neue Dimensionen vor
Montag, 7. April 2008
Der technische Fortschritt der vergangenen Jahrzehnte – sei es in der Mikroelektronik oder in der Entwicklung von neuen Materialen – basiert auf der fortschreitenden Fähigkeit der Wissenschaft, in immer kleinere Dimensionen vorzudringen und so neue Produkte zu entwickeln. Benannt nach dem griechischen Wort „nanos“ für „Zwerg“ gilt die Nanotechnologie heute als die Zukunftstechnologie schlechthin. Diese Verfahren bewegen sich in der Größenordnung vom milliardsten Teil eines Meters, was nur einem Bruchteil des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht. Einige der viel versprechenden Felder werden in der Universitätsstadt Leoben von mehreren Forscherteams in wissenschaftlichen Projekten bearbeitet.

Zentrales Stärkefeld für den Wirtschaftsstandort Steiermark. Der Trend zur Nanotechnologie wurde in der Steiermark zeitgerecht erkannt und hat zu gemeinsamem Handeln inspiriert: Die Forschungsinitiative NANONET-Styria wurde im Herbst 2001 als Nanotechnologie-Netzwerk gegründet und bündelt die auf dem Gebiet der Nanotechnologie vorhandenen Kompetenzen. Nur durch die Kooperation von Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft sowie dem Land können jene Ideen umgesetzt werden, die „Einzelkämpfern“ aus wissenschaftlichen wie wirtschaftlichen Gründen unmöglich wären. In diesem Kontext leistet das Land Steiermark seinen Anteil zur Förderung von Forschung und Entwicklung, wie Wirtschafts-Landesrat Dr. Christian Buchmann erläutert: „Die Nanotechnologie ist als potenzielles Stärkefeld in unserer Wirtschaftsstrategie erkannt und gut verankert. Die Forschung befindet sich in einer fortgeschrittenen Entwicklungsphase und die Steiermark wird sich in den kommenden Jahren auf diesem Gebiet zweifellos als international anerkannte Region etablieren.“

Mit Hochdruck zur Nanokraft. Mittels Hochverformung stellen Forscher am Erich-Schmid-Institut (ESI) für Materialwissenschaft der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) bereits nanokristalline Materialien her. Diese sind nicht nur besonders widerstandsfähig, sondern verfügen auch über magnetische Eigenschaften, die auch Anwendungen in Mikrosystemen ermöglichen. Mit diesem Hochdruck-Verfahren können nanokristalline Materialien aus Metallen oder Legierungen mittels plastischer Verformung hergestellt werden. Nach einem ähnlichen Prinzip wurden vor Jahrhunderten die Samurai-Schwerter geschmiedet“, erklärt Dr. Reinhard Pippan vom ESI, „der Stahl für die Schwertklinge wurde mehrmals erhitzt, gefaltet und in Form geschlagen.“
Für die Partner aus der Industrie wird die Hochverformung durch zwei Faktoren interessant: Der Prozess ist kostengünstig und die Materialien weisen keine Verunreinigungen auf. Mit dieser Methode lassen sich grundsätzlich unvereinbare Stoffe wie Eisen und Kupfer vermischen und Werkstoffe erzeugen, die ihre Größe unter Magneteinwirkung verändern, was sie zur Anwendung als hochpräzise Aktoren in Mikrosystemen geeignet macht. Weitere wichtige Forschungsfelder sind Materialien für die Medizintechnik – zum Beispiel für Stents –, für die Informationstechnologie oder für die Energietechnik, wie ESI-Direkto Dr. Gerhard Dehm erläutert.

Neuartige Beschichtungen und Werkstoffe. Am Materials Center (MCL) in Leoben wird intensiv an neuen Beschichtungsverfahren (Nano-Coating) sowie an extrem belastbaren Werkstoffen geforscht, die für die verschiedensten Anwendungen geeignet sind, erklärt Dr. Paul Mayerhofer von der Montan-Universität Leoben: „Nanoskalige Materialien besitzen völlig neue physikalische und chemische Eigenschaften. Der nanostrukturelle Aufbau erlaubt die Verbindung von mehreren gewünschten Werkstoffeigenschaften, z.B. hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher Zähigkeit.“
Während sich konventionelle Metalle durch „Fehler“ in ihren Kristallgittern auszeichnen, setzen die Grenzflächen der Nanokristalle eventuellen Versetzungs-Bewegungen ein festes Hindernis entgegen, so Mayerhofer: „Die Forschung wird sich weiter auf das Design von Werkstoffen und Schichten für spezielle Anwendungen konzentrieren.“ Nach diesem Prinzip angefertigte Werkstoffe finden bereits Anwendung als Werkzeuge (Fräser, Bohrer, Schneidplatten, Wälzfräser) und dienen als Beschichtungen für die mechanische Bearbeitung, bei der es zu starken Beanspruchungen kommt.
js

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