Schlüsseltechnologien: Nanotech, Materialien und Industrie 4.0

Nanotechnologie: Definition und Anwendung

Die Nanotechnologie ist eine angewandte Wissenschaft, die sich mit dem Design, der Herstellung und der Anwendung von Materialien und Ausrüstungen im Nanomaßstab befasst.

Schlüsselpunkte der Zweiten Industriellen Revolution

Fünf zentrale Aspekte der Zweiten Industriellen Revolution:

• Einführung neuer Produktionssysteme.
• Beschleunigte und erhöhte Produktion.
• Veränderungen der Produktionsweise auf allen Ebenen.
• Minimierung der Produktionskosten.
• Globale Transformation der Wirtschaft und Gesellschaft.

Beschreibung und Funktion von Halbleitern

Halbleiter leiten elektrischen Strom mehr oder weniger gut, abhängig von der Variation der Temperatur, bei der sie betrieben werden. Die wichtigsten Halbleitermaterialien sind Silizium und Germanium.

Zehn innovative Materialien und ihre Anwendungen

Beispiele für fortschrittliche Materialien und Technologien:

• Stoffe, die nicht bedruckt werden müssen.
• Nicht färbende Stoffe.
• Kunststoffe, die elektrischen Strom leiten.
• Biomaterialien für die Entwicklung künstlicher Knochen und Gewebe.
• Nanoindustrien, die Nanomaschinen entwickeln können.
• Winzige Batterien mit hoher Haltbarkeit.
• Extrem dünne taktile Bildschirme (Touchscreens).
• Anzeigegeräte, die Text, Fotos oder Zeichnungen mittels elektronischer Tinte darstellen.
• XDR-Strukturen, hergestellt aus Kohlenstoff-Nanoröhren.
• Intelligente Materialien, die ihre Eigenschaften an die Umgebungsbedingungen anpassen können.

Elektronische Tinte (E-Ink): Funktionsweise und Vorteile

Elektronische Tinte (E-Ink) ist ein von E Ink entwickeltes Produkt und stellt den ersten Schritt dar, traditionelles Papier durch innovative Technologien zu ersetzen. Das Lesegefühl ist dem von normalem Papier sehr ähnlich. Der entscheidende Vorteil liegt in der Fähigkeit, die angezeigte Seite zu löschen und eine neue Seite zu erstellen. Dies ermöglicht es, auf einem einzigen „Blatt“ bis zu 10.000 Seiten zu speichern und anzuzeigen.

Elektronische Brillen: Anpassung an Lichtverhältnisse

Elektronische Gläser ändern ihre Tönung je nach Intensität und Farbe des einfallenden Lichts. Dadurch tragen sie nicht nur zur Verringerung der Temperatur in Räumen bei, sondern verhindern durch die Reflexion des Lichteinfalls auch das Eindringen von Ultraviolett- und Infrarotstrahlen. Dies schützt die menschliche Haut und die Farbe von Objekten.

Kohlefaser: Aufbau, Eigenschaften und Herstellung

Kohlefaser besteht aus langen, sehr dünnen Fäden, die aus Kohlenstoffatomen aufgebaut sind. Die Atome sind in mikroskopischen Kristallen angeordnet, die parallel zur Achse der Faser übereinander liegen. Dies verleiht der Faser eine unglaubliche Festigkeit im Verhältnis zu ihrer Größe. Mehrere Kohlenstofffasern verflechten sich zu einem Gewebe, das mit Harz und Klebstoff kombiniert wird, um die notwendige Form zu bilden.

Umweltprobleme bei der Papierherstellung

Wesentliche Probleme im Zusammenhang mit der Papierherstellung:

• Die Abholzung von Wäldern.
• Der enorme Wasserverbrauch für die Zellulose-Phasentrennung.
• Die Verschmutzung von Flüssen durch den Einsatz von Schwefelverbindungen.
• Der hohe Energieverbrauch für den Betrieb der Maschinen.

Kunststoffe: Eigenschaften, Polymere und Polymerisation

Was Kunststoffe gemeinsam haben, ist ihre Plastizität – die Eigenschaft des Materials, die es ermöglicht, es leicht in die gewünschte Form zu bringen. Die Geschichte der Kunststoffe begann im späten neunzehnten Jahrhundert mit der Absicht, Elfenbein zu ersetzen.

Die Moleküle, aus denen Kunststoffe bestehen, werden Polymere genannt. Sie werden durch die Vereinigung einer großen Anzahl kleiner Moleküle, der Monomere (die gleich oder unterschiedlich sein können), gebildet. Dieser Vorgang wird Polymerisation genannt.

Niob: Anwendungen in Technologie und Medizin

Niob wird bei der Herstellung von Hochleistungsmagneten verwendet und ist ein Schlüsselmaterial für die Entwicklung von Mikromotoren, wie sie beispielsweise in Festplattenlaufwerken zum Einsatz kommen. Es findet auch zahlreiche Anwendungen in der Computertechnik, der Raumfahrt, bei medizinischen Implantaten oder in Magnetschwebebahnen.