Itasca Consultants GmbH - Nanotechnologie

Nanotechnologie

Dieser 1974 von Norio Taniguchi geprägte Begriff steht heute für eine Schlüsseltechnologie die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Jahre 2003 mit 112,1 Mio Euro gefördert werden soll (306% mehr als 1998).

Seitdem der amerikanische Physiker Richard Feynman 1959 mit seiner Rede „There is plenty of room at the bottom.“ dazu aufrief die Welt jenseits der Micro-Skala zu erforschen und nutzbar zu machen, hat sich die Nanotechnologie zu einem Gebiet entwickelt, das inzwischen genauso viel Beachtung findet wie die Mikroelektronik und die Biotechnologie.


Abstossung zweier gleichnamig geladener Teilchen	Inhomogenes Verschiebungsfeld bei der Kompaktion von Ton	Kraftlinien zwischen Tonplättchen und gebundenem Wasser

So weit wie sich die Nanometer-Skala erstreckt, so verschieden und vielfältig sind auch die Forschungs- und Anwendungsgebiete der Nanotechnologie. Sie reichen von der Vision Eric Drexlers aus Atomen zusammengesetzte Roboter (Nano-Bots) zu kreieren bis hin zur Verwendung von Nanopartikel in der Werkstoffwissenschaft, Oberflächentechnologie, Keramiktechnologie, Umwelttechnik, Elektronik, Kosmetikbranche u.v.m.

Insbesondere wenn nicht die Miniaturisierung von Bauteilen sondern die Erzeugung neuartiger Materialien von Interesse ist, müssen enorme Partikelanzahlen bewältigt werden. Dazu müssen die Partikel in der Bulkphase unter Ausnutzung selbstorganisierender Prozesse erzeugt und ebenso als Nanopulver weiterverarbeitet werden. So wie Nanopartikel andere Eigenschaften besitzen als größere, sind auch die aus ihnen zusammengesetzten Stoffe neuartig.

Will man neue Stoffeigenschaften gezielt entwickeln, sind nanoskopische Untersuchungen z. B. mit Atom-Kraft-Mikroskopen und computergestützten Darstellungsverfahren unerlässlich. Die direkte numerische Simulation der Nanopartikel stellt nur die logische Konsequenz dar.

Ein neues Material z. B. für ein ultradünne funktionale Schicht oder eine Keramik kann auf dem Computer aus verschiedenen Nanopartikeln erzeugt werden und untersucht werden. Aus den interpartikulären Bindungskräften lässt sich dann ermitteln, aus welchen Stoffen die realen Nanopartikel bestehen sollten. Gleichermaßen können die Verfahren zur Verarbeitung von Nanopartikel entwickelt und optimiert werden. Insbesondere können Probleme vermieden werden, die bei rein experimenteller Entwicklung hohe Kosten verursachen würden.

Mit dem Partikel-Flow-Code der Firma ITASCA steht für die Direktsimulation von Nanopartikeln ein universelles Tool zur Verfügung. Mit Hilfe verschiedener Wandelemente sowie der eingebauten Skriptsprache FISH kann jede geometrische Randbedingung realisiert werden. Außerdem steht eine C++ - Schnittstelle zur Verfügung, über die sich die Gesetze der Wechselwirkung von Nanopartikeln implementieren lassen.