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28.08.2018 | Nanotechnologie | Im Fokus | Onlineartikel

Aufbruch in technologisches Neuland

Autor:
Dieter Beste

Nanomembranen sind extrem dünne, funktionale Strukturen, die sich durch eine hohe mechanische Flexibilität auszeichnen. Aus ihnen lassen sich neuartige Bauelemente fertigen, die bieg-, dehn- und formbar und somit extrem anpassungsfähig sind.

Die Nanotechnologie beinhaltet wie jede neue Technologie sowohl Vor- als auch Nachteile: Einerseits erhöht sich die Nachfrage nach Ressourcen, Energie, Infrastruktur oder Materialflüssen, andererseits eröffnet sich die Chance auf Innovation und, damit verbunden, Einfluss auf Konsummuster, soziale Beziehungen und kulturelle Entwicklungen. Die möglichen Risiken der Nanotechnologie aufzuklären und die Chancen dieser Technologie auszuloten und zu nutzen, ist Ziel des im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung vom Bundesforschungsministerium angetriebenen "Aktionsplans Nanotechnologie 2020".

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Die Springer-Autorin Daniela Fuchs berichtet in dem von André Gazsó und Julia Haslinger herausgegebenen Band "Nano Risiko Governance" unter anderem über das Verbundprojekt NanoMembrane, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) von 2010 bis 2013 gefördert wurde: "In Bezug auf die Membrantechnik gab es verschiedene Herausforderungen, die es zu bewältigen galt: Hauptziel des Projekts war die Verbesserung der Trennfähigkeit von aktuell hergestellten Nanofiltrationsmembranen hin zur unteren Grenze der Nanofiltration". In diesem unteren Bereich, führt die Autorin aus, finden sich viele relevante Verbindungen in Abwässern wie Pestizide in der Landwirtschaft oder Tenside in der Industrie. Verglichen mit der Polymermembrantechnik erwarteten die Forscher Vorteile durch die Nanotechnologie. Schließlich wurden die Nanomembrane in verschiedenen Anwendungen untersucht: in der Textilveredelung, der Metallbearbeitung, der chemische Synthese und der Papier- und Zellstoffverarbeitung – jenen Industriebereichen also, die im Verbundprojekt eingebunden waren. Daniela Fuchs konstatiert, dass die Ziele größtenteils erreicht werden konnten: "Die forcierte Trenngrenze wurde annähernd erreicht und die pH-Beständigkeit konnte vor allem im Alkalischen stark verbessert werden. Die Trennfähigkeit im organischen Lösungsmittel wurde zwar gesenkt, allerdings nicht im erhofften Umfang. Hier besteht weiterer Forschungsbedarf" (Seite 92).

Weltweit wird inzwischen an nanomembran-basierten Materialien, einem der modernsten Felder der Werkstoff- und Materialwissenschaften, mit Hochdruck gearbeitet. "Das fachübergreifende wissenschaftliche und technologische Potenzial von anorganischen und hybriden flexiblen Nanomembranen ist klar erkannt", berichtet Oliver G. Schmidt von der TU Chemnitz. Er ist Inhaber der Professur für Materialsysteme der Nanoelektronik und Direktor des Instituts für Integrative Nanowissenschaften am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden. Schmidt ist Pionier auf dem Gebiet der aufgerollten Nanoröhrchen und bewegt sich mit seiner Arbeit zwischen den Fachgebieten Physik, Chemie, Werkstoffwissenschaften, Elektronik und Mikrosystemtechnik. Er arbeitet daran, selbstorganisierte, dreidimensionale Nanostrukturen auf einem Chip zu integrieren. Für seine herausragenden Arbeiten zur Erforschung, Herstellung und innovativen Anwendung funktioneller Nanostrukturen wurde er 2018 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis ausgezeichnet.

Einzigartiges Forschungszentrum geht an den Start

Oliver Schmidt ist Mitinitiator des Zentrums für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen (MAIN) an der TU Chemnitz; der Neubau für dieses Zentrum wurde Mitte August übergeben. "Die weltweite Entwicklung immer kompakterer und intelligenterer Sensor- und Kommunikationssysteme eröffnet ungeahnte Möglichkeiten für das alltägliche Leben und stimuliert visionäre Ideen, die weit über das heute Realisierbare hinausgehen. Zentrale Komponenten solcher Systeme werden künftig in MAIN erforscht, wie ultra-kompakte Energiespeichereinheiten für winzige und autonom arbeitende Sensorknoten oder flexible Sensorsysteme für die Implementierung des Konzepts einer künstlichen Haut", erläutert Schmidt.

Interdisziplinäre Kooperation unter einem Dach

"Die Erforschung grundlegender Gesetzmäßigkeiten und neuer Phänomene der Struktur-Eigenschafts-Beziehung, die Entwicklung neuartiger Architekturen sowie die Ausschöpfung und Weiterentwicklung von Verfahren der Systemintegration und die Erschließung von Anwendungsmöglichkeiten von Nanomenbranen werden durch MAIN europaweit erstmals für ein interdisziplinär aufgestelltes Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in einem Forschungsbau vereint", führt Thomas Otto an, Inhaber der Professur Mikrotechnologie der TU Chemnitz und Leiter der für die Implementierung von MAIN eingerichteten Task Force. "Unter einem Dach werden nun bereits bestehende exzellente Aktivitäten der Fakultäten für Elektrotechnik und Informationstechnik sowie für Naturwissenschaften der TU Chemnitz und ihrer Forschungspartner auf einem zukunftsträchtigen Themenfeld zusammengeführt", so Otto.

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