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Nanodeeltje

EIN Nanopartikel (manchmal Nanopartikel genannt) ist ein Teilchen mit Abmessungen in der Größenordnung von 1-100 Nanometer. Solche Partikel bestehen aus wenigen bis Tausenden von Atomen oder Molekülen.

Nanopartikel können sowohl durch natürliche Ursachen (Waldbrand oder Vulkanausbruch) als auch durch menschliches Handeln entstehen.

Synthetische Nanopartikel sind künstlich hergestellte Partikel, die speziell für bestimmte Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit oder chemische Reaktivität hergestellt werden.

Eigenschaften

1 kg Partikel von 1 mm³ hat die gleiche Oberfläche wie 1 mg Partikel von 1 nm³.

Ein Nanopartikel hat einige spezifische Eigenschaften, die es von Partikeln mit "normalen" Abmessungen, wie Sandkörnern, unterscheiden. Sie bilden auf verschiedene Weise eine Zwischenform zwischen Körnern und einzelnen Molekülen:

  • Die Partikel sind sehr klein. Infolgedessen ist die Wirkung ihrer Dichte vernachlässigbar in Bezug auf gegenseitige Anziehung und thermische Bewegung. So ist es beispielsweise möglich, Stoffe zu kombinieren, die sich normalerweise nicht vermischen oder auflösen würden Suspension zu machen.
  • Die große Oberfläche im Verhältnis zum Volumen der Nanopartikel (bei einem gegebenen Volumen von Partikeln gleicher Größe ist die Gesamtoberfläche umgekehrt proportional zu dieser Größe). Zum Beispiel, wenn für a chemische Reaktion 1 kg Katalysator bei einer Partikelgröße von 1 mm³, dann werden bei einer Partikelgröße von 1 nm³ nur 1 mg für die gleiche reaktive Oberfläche benötigt. So kann eine sehr kleine Menge an Nanopartikeln mit einer großen Masse an Produkten reagieren.
  • Physikalische Eigenschaften können sich auch ändern, weil sie mit Licht wechselwirken können, weil es eine Wellenlänge in der gleichen Größenordnung hat, und es kann Quanteneffekte Performance. Nanopartikel haben oft unerwartete optische Eigenschaften. Zum Beispiel Nanopartikel von Gold im Suspension eine tiefrote bis schwarze Farbe. 2,5-nm-Gold-Nanopartikel schmelzen bei einer viel niedrigeren Temperatur (~300°C) als massives Gold (1064 °C).[1] Magnetische Nanopartikel, wie sie in magnetischen Datenträgern verwendet werden, können Superparamagnetismus Exponat: spontane Umkehr der magnetischen Orientierung.

Anwendungsbeispiele

  • Nanopartikel von Zinkoxid entpuppt sich als hervorragend uv- haben eine blockierende Wirkung im Vergleich zu den größeren Partikeln. Dies ist einer der Gründe, warum es häufig in Sonnenschutzmitteln verwendet wird.[2] Außerdem lässt es sich leichter verteilen und hinterlässt keine weiße Schicht.[3]
  • Bei der Herstellung von Autos können sehr dünne Lackschichten verwendet werden. Neben dem geringeren Materialverbrauch verbessert sich auch der Glanz und der Lack verschmutzt weniger (Nano-Beschichtung). [4] Auch mit Solarplatten das wird verwendet.
  • Photovoltaik-Zellen die aus Material in Form von Nanopartikeln bestehen, scheinen deutlich mehr Licht absorbieren zu können als vergleichbare Zellen aus dünnen glatten Schichten oder größeren Kristallen.
  • Mit Nanopartikeln ist es möglich, Sintern mit niedrigeren Temperaturen als bei größeren Partikeln, was Energie spart, aber vor allem weniger (nachteilig) auf das Werkstück einwirkt.
  • Medizinische Anwendungen liegen darin, dass es möglich ist, Nanopartikel wie kleine Fettkügelchen oder Polymerstrukturen, die relativ leicht durch Haut oder Gewebe eindringen können, so zu gestalten, dass sie Medikamente an bestimmte Stellen im Körper transportieren, die die sonst nicht möglich sind weniger leicht zu erreichen. Allerdings ist wenig darüber bekannt, wie Zellen anschließend mit den zugeführten Nanopartikeln interagieren. Um dies weiter zu untersuchen, wird bis 2020 eine große Studie am Universität Groningen.[5][6]
  • Kolloidales Silber, ein Kolloid aus Silberpartikeln (Größe 1-4 nm) in Wasser in einer Konzentration von etwa 10 mg/Liter, das bekanntermaßen in vitro tötet verschiedene Mikroorganismen ab und reinigt das Trinkwasser.

Gefahren

Es kann gefährlich sein, wenn die Partikel an Orte gelangen, an denen sie nicht vorgesehen sind. Zum Beispiel können beim Einatmen unerwünschte Partikel in die Lunge gelangen, analog zum Beispiel bei Asbest (bestimmtes Kohlenstoff-Nanoröhren kommen hier aufgrund ihrer asbestähnlichen, länglichen Form in den Fokus). Oder sie können zum Beispiel Kosmetika gehen sehr leicht durch die Haut.