Nanotechnologie  
Biokompatible Oberflächen
Biomimetische Nanomaterialien
Funktionelle Dünnschichten
Kohlenstoff-Nanoröhrchen
Molekulare Nanoelektronik
Nanokomposite
Nanomechanik
Nanopulver
Organische nanostrukturierte Oberflächen
Zuverlässige Nanostrukturen

Nanotechnology @ Empa

Unser langfristig ausgelegtes Forschungsprogramm Nanotechnologie ist in vier thematische Bereiche mit folgenden Ausrichtungen gegliedert:

Instrumente und Werkzeuge
Unter dem Thema Instrumente und Werkzeuge befassen wir uns mit der Konstruktion und Modifikation sowie der Einführung und dem Einsatz von modernsten Rastersondenmikroskopen, welche die erwähnten Nanobausteine mit hoher Auflösung abbilden können. Die Empa konstruiert zudem ein einzigartiges Tieftemperatur-Kraftmikroskop für progressive Forschungsarbeiten mit solchen Bausteinen im Ultrahochvakuum (UHV). Komplementäre Geräte zur mikro- und nanoskopischen Untersuchung von grundlegenden Phänomenen der Bioverträglichkeit, der Korrosionsentstehung oder kleinster magnetischer Strukturen stehen bereits im Einsatz. Die Empa hat weiter grosse Erfahrung mit Ionentrahl-Technologien, welche hoch lokalisierte Experimente erlauben. Der kombinierte Einsatz von Rastermikroskopie und Lithographie schliesslich ermöglicht die massgeschneiderte Strukturierung von kleinsten Werkstoffbereichen.
Nano-Elektronik und Nano-Photonik

Inhalt unseres Schwerpunktes Nano-Elektronik und -Photonik sind elektronische, optische und magnetische Materialien bzw. ihre funktionellen Feinstrukturen in der Grössenordnung von 100 nm. Dabei wird entscheidend sein, wie sie künftig in neue Bauteile und Systeme der Informationstechnik integriert werden können. Die fortlaufende Miniaturisierung in der Elektronik verlangt aber auch nach gänzlich neuen Lösungsansätzen: Eine besondere Herausforderung sind Schaltkreise einer nächsten Generation, die aus hochspezialisierten Nanobausteinen (Supramolekülen) bestehen könnten. Die Entdeckung und Nutzbarmachung einer anderen Bausteinklasse, nämlich ultrafeiner „Nanoröhrchen“, führt zu weiteren interessanten Perspektiven der zukünftigen Elektronik. Ein ebenfalls viel versprechendes Gebiet sind die elektronisch und optisch aktiven Polymere, die beim Anlegen einer elektrischen Spannung oder in Wechselwirkung mit Licht spezielle Reaktionen zeigen. Bei all diesen Entwicklungen und ihrer späteren industriellen Umsetzung sind Fragen der Zuverlässigkeit, des Wirkungsgrades etc. von ausserordentlicher Bedeutung.

Nanostrukturierte Werkstoffe und Beschichtungen
Im Arbeitsbereich Nanostrukturierte Werkstoffe und Beschichtungen nimmt die Herstellung von Nanopulvern eine wichtige Stellung ein, dies mit dem Ziel, Versuchsmengen im Kilogramm-Massstab mit wohl definierter Pulverzusammensetzung für neuartige Werkstoffentwicklungen zur Verfügung zu haben. Bei den Metall- und Keramik-Kompositwerkstoffen versuchen wir, mit kontrollierter Feinstverteilung der Nanopartikel die Materialeigenschaften für höchste Ansprüche der Energie- und Werkzeugtechnik vorzubereiten. Nanostrukturierte Beschichtungen, aufgebracht im Plasmaverfahren, versprechen verbesserten Schutz gegen Reibung und Verschleiss, aber auch neue Funktionalitäten bei Fasern und Textilien sowie höchste Leistungsdichte in der Datenspeicherung. Innerhalb unserer Biomimetik-Initiative ist es der Empa gelungen, ein Verfahren zur Verstärkung von Polymeren und Klebstoffen zu entwickeln, indem Cellulose-Nanofibrillen aus Holz chemisch isoliert und verfahrenstechnisch aufgearbeitet werden.
Bioorganische nanostrukturierte Oberflächen
Weitere zukunftsträchtige Projekte befassen sich mit „Bio/organischen nanostrukturierten Oberflächen“. Ziel ist es, die „natürliche“ Fähigkeit zur Selbstorganisation von Supramolekülen zu nutzen, um neue funktionelle Werkstoffe und Oberflächen mit massgeschneiderten elektronischen, chemischen und biologischen Eigenschaften herstellen zu können.
Risiken der Nanotechnologie

Die Empa befasst sich schliesslich auch mit den Risiken der Nanotechnologie. Sie engagiert sich zusammen mit Partnern bei der Aufklärung von Wechselwirkungen zwischen Nanopartikeln und biologischem Material; übergreifende Projekte sind der Technologiefolgenabschätzung in der künftigen „Nanoindustrie“ gewidmet. Dabei geht es darum, Gefahren der Nanotechnologie frühzeitig zu erkennen und entsprechende Massnahmen zu ergreifen; für die Industrie wird aber auch die Standardisierung von Nanowerkstoffen und -bauteilen wichtig werden.

Ansprechperson

Prof. Dr. Hans J. Hug, Tel. +41 1 823 41 25, E-mail: hans-josef.hug@empa.ch  

STM-Aufnahme (Rastertunnelmikroskopie) einer ionenbeschossenen Cu-(111)-Oberfläche nach teilweiser Ausheilbehandlung

Weitere Informationen zur Nanotechnologie an der Empa

EMPA Research Program „NANO 2“ (2004-2007).pdf (67 KB), Content: Mission, General Outline, Modules

Materials Design in the Nanometer Range.pdf (2,9 MB)

Reise in die Welt des Nanometers: Eine unterhaltsame Broschüre für Schulen (kann bestellt oder hier als PDF-File downgeloadet werden)

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