Die Geschichte von Nanomaterialien und Nanotechnologie

Nanomaterialien gibt es in der Natur schon lange bevor Wissenschaftler sie sich überhaupt vorstellen konnten. Die Geschichte der Wissenschaft hinter Nanotechnologie und Nanomaterialien ist jedoch relativ kurz.

Um Stoffe mit solch geringem Ausmaßen zu manipulieren, mussten Erkenntnisse aus vielen Bereichen wie Physik, Chemie, Biologie und Werkstoffwissenschaft kombiniert werden.

 

Natürliche Nanomaterialien

Unser Planet ist eine wichtige Quelle natürlicher Nanomaterialien. Vulkane, Waldbrände, Staubstürme und Gischt sind natürliche Prozesse, durch die Nanomaterialien entstehen. Pflanzen, Insekten und sogar Menschen enthalten ebenfalls viele Nanostrukturen. Beispielsweise sind Lotusblumenblätter aufgrund ihrer Nanostrukturen selbstreinigend und wasserabweisend. Unsere Knochen bestehen auch aus Mineralien mit Nanostrukturen. Selbst der grundlegendste Baustein unseres Lebens, unsere DNA, ist ein Nanomaterial.

Nanomaterialien gibt es auch an anderen Orten im Universum, zum Beispiel in kosmischem und Mondstaub, und wurden auch in Meteoriten gefunden, die auf der Erde eingeschlagen sind.

 

Nanomaterialien in der alten Geschichte

Die Menschen verwenden seit mehr als 4 000 Jahren Nanomaterialien, ohne die ihnen zugrunde liegenden wissenschaftlichen Erkenntnisse vollständig zu verstehen.

Viele Tonmineralien enthalten natürliche Nanomaterialien und werden seit Tausenden von Jahren zum Beispiel im Bauwesen, in der Medizin und in der Kunst eingesetzt.

Aus neueren wissenschaftlichen Analysen geht auch hervor, dass die in Ägypten verwendeten bleihaltigen Haarfärbemittel synthetisierte Bleisulfid-Nanokristalle enthielten.

Mehrere historische Artefakte verdanken ihre Schönheit Nanomaterialien. Der Lykurgosbecher, ein römischer Glasbecher aus dem 4. Jahrhundert, enthält Nanopartikel von Gold und Silber, die je nach Beleuchtung die Farbe verändern. Auch die Glasmalerei-Fenster, die man in vielen mittelalterlichen Kirchen findet, weisen dank Nanomaterialien innerhalb des Glases brillante Farben auf.

 

Nanotechnologie: eine moderne Wissenschaft

1959 schuf der Physiker Richard Feynman die wissenschaftlichen Grundlagen für die Revolution von Nanomaterialien. Er schlug vor, dass es möglich sei, das Materie auf der Ebene einzelner Atome zu manipulieren, und stellte der Welt zwei Herausforderungen.

Zum einen sollte ein winziger, aber funktionierender Elektromotor gebaut werden, der nur 1/64 Kubikzoll beträgt, und zum anderen die Seite eines Buches auf 1/25000 verkleinert werden, ausreichend, um die gesamte Encyclopaedia Britannica auf einem Stecknadelkopf unterzubringen. Es dauerte 26 Jahre, bis beide Herausforderungen bewältigt werden konnten, doch diese Überlegung führte zur Entwicklung eines neuen Wissenschaftsbereichs.

Seitdem gab es mehrere wissenschaftliche Durchbrüche, die dazu führten, dass unzählige wissenschaftliche Artikel veröffentlicht, viele Produkte in Verkehr gebracht und drei Nobelpreise für Arbeiten in Nanowissenschaften und Nanotechnologie verliehen wurden.

  • 1996 Nobelpreis für Chemie – Entdeckung von Fullerenen; dies zeigt, dass Kohlenstoff in einer neuen, zuvor unbekannten Form vorhanden sein kann, was die Entdeckung von Kohlenstoff-Nanoröhren ermöglicht hat;
  • 2010 Nobelpreis für Physik – Forschung über Graphen, ein Material, das nur eine Atomschicht dick ist und zum Beispiel für flexible Anwendungen in der Elektronik, Energie und Biomedizin verwendet werden kann; und
  • 2016 Nobelpreis für Chemie – Entwicklung molekularer Maschinen, die zu einer umfangreicheren Miniaturisierung und Entwicklung neuer Materialien führen können.

Die Entwicklung neuer Wissenschaften oder Technologien birgt sowohl Versprechen als auch Risiken für die Gesellschaft. Es ist Sache der Gesellschaft, einschließlich der Bürger, Wissenschaftler, Regierungen und Unternehmen, sich auf den besten Weg zur Entwicklung solcher Technologien zu einigen und gleichzeitig die Risiken für uns und die Umwelt so gering wie möglich zu halten.