Moderne Materialien: Von Coltan bis zur Nanotechnologie

Rohstoffe, Kunststoffe und Nanotechnologie

Coltan: Preis und Anwendungen

Coltan ist die Abkürzung für Columbit und Tantalit. Diese Materialien sind Bestandteile von Granit und enthalten Niob und Tantal-Niob.

Anwendungen von Niob und Tantal

• Niob: Wird in Magneten zur Herstellung hochleistungsfähiger Magnete (z. B. für die Entwicklung von Mikromotoren) verwendet, die in Festplatten, Kopfhörern und leistungsstarken, präzisen Lautsprechern zum Einsatz kommen.
• Tantal: Wird zur Herstellung von Kondensatoren verwendet, die in Batterien eingesetzt werden.

Kunststoffe und Polymere

Kunststoffe besitzen Plastizität, eine Eigenschaft, die es ermöglicht, sie leicht in die gewünschte Form zu bringen. Die molekularen Strukturen von Kunststoffen und Polymeren sind komplex. Sie bilden sich durch die Verbindung einer großen Anzahl kleiner Moleküle (Monomere), die gleich oder unterschiedlich sein können.

Polymerisation und Zellulose

Diesen Prozess, bei dem mehrere einfache Moleküle zu einer großen Kette verbunden werden, nennt man Polymerisation.

Ein wichtiges natürliches Polymer ist die Zellulose, eine Naturfaser, die in Bäumen vorkommt. Sie zeichnet sich durch ihre außergewöhnliche Flexibilität und die Fähigkeit aus, sich zu Blättern zu verbinden (Papierbildung).

Ökologische Herausforderungen der Papierherstellung

Die Papierherstellung ist mit verschiedenen ökologischen Problemen verbunden:

• Wahllose Abholzung von Bäumen (Entwaldung).
• Hoher Wasserverbrauch zur Phasentrennung von Zellulose und Lignin.
• Flussverschmutzung durch die Verwendung von Schwefelverbindungen.
• Hoher Energieverbrauch für den Betrieb der Maschinen.

Lösungsansätze für Umweltprobleme

Zur Bewältigung dieser Probleme werden folgende Lösungen eingesetzt:

• Kontrolle der Entwaldung durch die „Chain of Custody“ (Produktkettennachweis).
• Geschlossene Wasserkreisläufe zur Reduzierung des Wasserverbrauchs.
• Rückgewinnung von Chemikalien aus dem Abwasser und Rückführung des behandelten Wassers in den industriellen Prozess.
• Reduzierung des Energieverbrauchs durch verstärktes Papierrecycling.

Nanowissenschaften und Nanotechnologie

Grundlagen der Nanowissenschaften

Die Untersuchung aller Aspekte im Nanometerbereich wird als Nanowissenschaften bezeichnet. Dank neuer Rastertunnelmikroskope können Wissenschaftler Atome und Materialien sichtbar machen und sogar atomgroße Bauteile herstellen, die kleiner sind als unsere eigenen Zellen.

Die Welt des Kohlenstoffs

Wenn mehrere Kohlenstoffatome miteinander verbunden sind und ein Kristallgitter bilden, unterscheiden sich die Eigenschaften entsprechend der kristallinen Form, d. h., je nachdem, wie die Atome miteinander verknüpft sind.

Anwendungen im Nanobereich

Die unmittelbare Zukunft liegt in den Kohlenstoff-Nanostrukturen:

• Fullerene: Ein Fulleren ist ein Molekül aus 60 Kohlenstoffatomen (C₆₀). Seine Struktur ist sehr eigenartig, da sie die Form einer Kugel annimmt, ähnlich der eines Fußballs.
• Nanotubes (Nanoröhrchen): Kohlenstoff kann auch in Röhrenform vorliegen. Nanoröhrchen haben viele Anwendungen. Sie können auch aus Elementen wie Bor zusammengesetzt werden und als Leiter fungieren. In diesem Fall spricht man von Nanokabeln. Bei Halbleitern spricht man von Nano-Schaltern (Nanointerruptoren).

Definition der Nanotechnologie

NANOTECHNOLOGIE: Die Nanotechnologie ist eine angewandte Wissenschaft, die sich mit der Konstruktion, Fertigung und Herstellung von Materialien und Geräten im Nanometermaßstab befasst. Sie ist eine multidisziplinäre Wissenschaft, die alle denkbaren wissenschaftlichen Bereiche umfasst und angewendet werden kann.