Grundlagen der Werkstoffkunde und Nanotechnologie

Chemische Elemente und Verbindungen

Chemische Elemente: Das sind die Grundbausteine, aus denen alle Materie zusammengesetzt ist.

Chemische Verbindungen: Dies sind Reinstoffe, die nicht durch physikalische Verfahren in ihre Komponenten getrennt werden können.

Werkstoffe und Verbundwerkstoffe

• Legierungen: Künstliche Mischungen aus zwei oder mehreren chemischen Elementen oder Verbindungen.
• Composites (Verbundwerkstoffe): Materialien aus zwei oder mehr Komponenten mit sehr unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Sie bilden zusammen einen Stoff, dessen Eigenschaften sich von denen der einzelnen Komponenten unterscheiden.

Gewinnung von Metallen

Metalle werden im Wesentlichen durch zwei industrielle Prozesse gewonnen: Wärme oder Strom. In beiden Prozessen wird durch eine chemische Reaktion das reine Metall von der Verbindung mit Nichtmetallen getrennt.

• Elektrolyse: Der Prozess der Zersetzung einer Verbindung durch elektrischen Strom (Reduktion).

Synthetische Materialien und Prozesse

• Künstliche Stoffe: Wenn der Rohstoff aus anderen Stoffen oder Materialien hergestellt wurde, die wiederum einen Prozess der Ausarbeitung durchlaufen haben.
• Polymerisation: Ein Verfahren, bei dem Polymere aus Monomeren für die Kunststoffherstellung gewonnen werden.

Nanotechnologie

Die Nanotechnologie ist eine angewandte Wissenschaft, die sich mit der Entwicklung, Herstellung und Anwendung von nanoskaligen Materialien und Geräten befasst.

Nanostrukturen

• Fullerene: Moleküle, die aus 60 Kohlenstoffatomen bestehen und die Form einer Kugel annehmen können. Sie können ein bestimmtes Element enthalten und bei Erreichen einer infizierten Zelle den Ball aufbrechen.
• Nanoröhrchen: Strukturen, die wie ein Rohr geformt sind.
• Nanodrähte: Wenn Bor zu Nanoröhrchen hinzugefügt wird, können diese zu Leitern oder Halbleitern werden (z. B. Nanointerruptoren).

Anwendungsbereiche

• Elektroanwendungen: Akku-flexible Kohlenstoff-Nanoröhren und LEDs als Ersatz für traditionelle Glühbirnen.
• Elektronik: Nanochips.
• Medizin und Pharmazie: Buckyballs.
• Textilindustrie: Herstellung von Stoffen, die Flüssigkeiten abweisen.
• Architektur und Stadtplanung: Beschichtungen zum Schutz von Glaswänden oder gegen Graffiti.
• Optik: Photochrome Brillen, die ihre Farbe je nach einfallendem Licht ändern.
• Keramik: Herstellung von Medizinprodukten, die Flüssigkeiten abweisen und die Ablagerung von Bakterien verhindern.