Materialien: Arten, Eigenschaften, Anwendungen und Risiken

Kieselsäure (SiO₂)

Kieselsäure kommt in der Natur in Form von Opal, Quarz und Sand vor.

Verwendung:

• Traditionell: Herstellung von Glas und Porzellan.
• Heute: Gewinnung von Silizium und Herstellung von Glasfasern.

Elementares Silizium wird zur Herstellung von Mikrochips für elektronische Geräte verwendet.

Eigenschaften von Silizium:

Silizium ist ein Halbleiter. Es kann je nach den Bedingungen, unter denen es sich befindet, sowohl als Isolator als auch als Leiter von Elektrizität fungieren.

Glasfaser

Glasfaser ist ein sehr dünner Faden aus transparentem Material (Glas, Kunststoff usw.), durch den Lichtimpulse gesendet werden, um Daten zu übertragen. Die Lichtquelle kann ein Laser oder eine LED sein.

Glasfasern werden in der Telekommunikation verwendet, da sie es ermöglichen, große Informationsmengen schnell zu übertragen.

Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe bestehen aus zwei oder mehr chemisch unterschiedlichen Komponenten, die auf mikroskopischer Ebene nicht miteinander vermischt sind. Obwohl sie ihre Individualität bewahren, sind die Materialien auf makroskopischer Ebene homogen.

Eine der Komponenten (die häufigste) ist homogen und bildet die Matrix. Die andere(n) Komponente(n) ist/sind in die Matrix eingebettet und bildet/bilden die Verstärkung.

Beispiele und Eigenschaften von Verbundwerkstoffen

Beispiele:

• Kohlefaser: Sportgeräte
• Glasfaser: Schwimmbäder, Boote, Fahrzeuge
• Andere Verbundwerkstoffe: Flugzeuge, Satelliten

Eigenschaften:

• Leicht
• Hohe Schlagfestigkeit
• Feuerbeständig

Nachteil:

• Teuer

Cyborgs

Cyborg setzt sich aus den Wörtern Cyber (Kybernetik) und Org (Organismus) zusammen.

Cyborgs sind Lebewesen, in die mechanische und elektronische Geräte integriert wurden, um ihre Fähigkeiten und ihre Anpassung an die Umwelt zu verbessern.

Es werden biokompatible Materialien verwendet (steril, ungiftig und nicht korrosiv). Beispiele hierfür sind künstliche Gliedmaßen, Chips zur Verbesserung des Hörvermögens usw.

Risiken bei der Materialherstellung

1. Umweltrisiken:

• Entwaldung: mit schwerwiegenden Folgen.
• Umweltauswirkungen durch den Bergbau: optische Auswirkungen, Zerstörung von Lebensräumen, Umweltverschmutzung und Entstehung von Abfällen.
• Verbrauch großer Mengen an Energie.
• Mit dem Transport verbundene Risiken: Ölpest usw.

2. Soziale Konflikte:

Der Kampf um die Kontrolle von Ressourcen wie Öl, Wasser und Mineralien führt zu Konflikten.

3. Gesundheitsrisiken

4. Erschöpfung der Materialien

Nanotechnologie

Definition:

Nanotechnologie ist die Technologie, die Atome und Moleküle zu Materialien gruppiert, sodass diese andere Eigenschaften als die ursprünglichen erhalten. Dies ermöglicht die Herstellung neuartiger Materialien.

Beispiel:

Graphit (Bleistiftmine) und Diamant bestehen beide aus Kohlenstoffatomen (C). Ihre Eigenschaften sind jedoch sehr unterschiedlich, da die Atome unterschiedlich angeordnet sind.

Konzept der Nanotechnologie:

Nanotechnologie ist die Untersuchung, das Design und die Herstellung von Materialien durch die Manipulation von Materie im Nanometerbereich (10^-9 Meter).

Nanoobjekte haben eine Größe von einigen Dutzend bis zu einigen Hundert Nanometern.

Nanotechnologie basiert auf der Tatsache, dass die Eigenschaften von Materie im Nanometerbereich unterschiedlich sind von denen auf makroskopischer Ebene.