| ||||||||||||||
 |
|
|
||||||||||||
©
|
 |
Durchbruch für die Nanotechnik
WGL-Institut für Neue Materialien stellt Einsatzmöglichkeiten vorProf. Dr. Helmut Schmidt, Direktor des Instituts für Neue Materialien,
Technologieunternehmen nahezu aller Branchen eröffnen sich jetzt neue Wege, um die Wettbewerbsfähigkeit ihrer Produkte auf den internationalen Märkten zu steigern oder gar Spitzenplätze zu erobern. In der wichtigsten Schlüsseltechnologie der Zukunft, der Nanotechnologie, ist bereits ein Durchbruch zur breiten Industrieanwendung erreicht: Mit neuartigen Nanowerkstoffen lassen sich schon jetzt quer durch die Industrie Innovationen verwirklichen, die vor kurzem noch undenkbar schienen. Da technische Industrieprodukte zu 70% von der Raffinesse der Werkstoffe geprägt werden, kommt der neuartigen Nanomaterie gravierendes wirtschaftliches Gewicht zu. Die chemische Nanotechnologie stellt in der wissenschaftlichen Nanowelt, die traditionell von der Physik dominiert wird, eine neue Dimension dar. Als ich 1990 meine Absicht erklärte, aus den wissenschaftlichen Grundlagen der Sol-Gel-Technik heraus eine Technologie für Nanowerkstoffe nicht über physikalische Verfahren sondern über chemische Synthesen aufbauen zu wollen, stieß ich bei damals führenden Experten auf Skepsis und Kritik. Ich sei gleichsam im Begriff, eine Lokomotive ohne Gleis zu starten. Wir begannen dennoch – nur zu dritt, aber mit umfangreichem Sol-Gel-Know-how. Inzwischen ist daraus ein stattlicher Zug mit einem rasch wachsenden Streckennetz geworden. Nach 10 Jahren, in denen wir von der Grundlagenforschung über die gezielte Entwicklung von Basistechnologien bis zur vielfältigen Industrieanwendung vorgedrungen sind, steht die chemische Nanotechnologie jetzt – früher als in den USA und Japan – zur breiten Industrieumsetzung bereit. Nerv der High-Tech-Industrie getroffen Der zunächst vom kleinen Saarland massiv geförderte Technologieaufbau ist rasch auf starkes internationales Interesse gestoßen. Die chemische Nanotechnologie auf der Basis der sogenannten Sol-Gel-Technik traf den Nerv der High-Tech-Industrie. So konnten wir den Umsatz des INM mit dem Bonner BMBF, mit der EU sowie in- und ausländischen Industrieunternehmen in den letzten fünf Jahren mehr als verfünffachen. Der Beitrag des Saarlandes zum 30,2-Millionen-Etat des INM betrug 1999 nur mehr 15%. Demgegenüber stieg der Anteil der Drittmittel auf 43%. In den letzten Jahren sind Industrieunternehmen mit mehreren Hundert Kooperationen in den INM-Zug eingestiegen. Allein 1999 ist die Industrie mit 90 Entwicklungsprojekten am Ball. Zu den Partnern zählen nicht nur deutsche Firmen von Rang wie Bayer, Siemens, Infineon und Henkel, sondern auch bekannte europäische Namen wie Thomson Brandt, Rhone Poulenc, Saint Gobain und Pilkington, US-Multis wie 3M, Donelly, General Electric und Procter & Gamble sowie Japans Asahi, Nippon Steel, Canon und Toto. Erste globale Milliardenmärkte Das Innovationpotenzial unserer chemischen Nanotechnologie ist schon heute so groß, daß bereits neue globale Milliardenmärkte in Sicht kommen. Ich nenne dafür drei Beispiele, bei denen Nanowerkstoffe des INM neue frappierende Perspektiven eröffnen: Mit einer neuen sanften Krebstherapie mit Nanopartikeln, die an der Berliner Charité entwickelt wird, könnten bald verschiedene Tumorarten ohne Operation, Chemo- und Strahlentherapie geheilt werden. Die neue Bayer- und General Electric Plastics-Tochter Exatec hat sich zum Ziel gesetzt, den weltweiten Automobilbau durch den Einsatz von Autoteilen aus dem bruchfesten Optikkunststoff Polycarbonat anstelle von Glas und Metall zu revolutionieren. Damit werden Autos sicherer, umweltfreundlicher und im Design viel freier modellierbar. Architekten dagegen werden künftig kostengünstige Glasfassaden einplanen können, die Licht- und Klimaverhältnisse im Gebäude regeln, weil sich die Fensterscheiben bei Sonne kontrolliert stufenlos abdunkeln lassen. Das weite technologische Neuland entsteht dadurch, daß die chemische Nanotechnologie neue Freiheitsgrade für die Entwicklung neuer High-Tech-Werkstoffe eröffnet. Nanopartikel sind 10.000 Mal kleiner als der Durchmesser eines Menschenhaares und stellen eine besondere Zustandsform der Materie zwischen dem einzelnen Molekül und dem festen Körper mit neuen Eigenschaften dar. Inzwischen können Bauteile aus Nanopartikeln unterschiedlichster Materialien hergestellt werden. Dies ist der erste neue Freiheitsgrad. Durch Aufpfropfen vieler weiterer chemischer und physikalischer Funktionen auf die Nanopartikel werden zustäzliche Eigenschaften oder ihre Reaktivität so programmiert, daß sie entweder selbst oder eingebunden in Polymer-, Glas- oder Keramikstrukturen zu neuen Hochleistungswerkstoffe werden. Dadurch entstehen weitere Freiheitsgrade. Und schließlich lassen sich die Materialfunktionen auch noch durch die Prozeßtechnik der Verarbeitung steuern. Was ändert sich in der Technik durch Nanomaterie? Nur die wichtigsten Punkte: Die Nanobausteine sind viel kleiner als die Wellenlänge des Lichtes und damit unsichtbar. Damit werden neuartige Optikmaterialien und unsichtbare Beschichtungen mit neuartigen Funktionen auf praktisch allen Materialien möglich. Die Kleinheit der Partikel bewirkt Quanteneffekte, was wiederum zu bisher unerreichten Materialeigenschaften führt. Vor allem aber: Sie sind rund tausend Mal kleiner als rote Blutkörperchen, können deshalb beliebig durch die feinsten menschlichen Blutgefäße strömen und einzeln oder millionenfach von menschlichen Zellen aufgenommen werden. Schließlich lassen sich bestimmte Partikel auch zu Magneten machen, die man durch Magentfelder ein- und ausschalten kann. Damit eröffnen sich vielfältige neue Möglichkeiten in der Medizin, aber auch zum Beispiel in der Umwelttechnik. Auf breiter Front zur Verfügung Auf der Grundlage des Sol-Gel-Prozesses haben wir nun neue Herstellungstechnologien entwickelt, mit denen nicht nur eine breite Palette von Nanopartikeln hergestellt, sondern mit denen auch die Oberfläche der Nanopartikel so gestaltet werden kann, dass ein Durchbruch in der Prozesstechnik dieser Partikel zur Herstellung vielfältigster Bauteile und für viele Anwendungen erreicht ist. Zur Nutzung dieses Potentials habe ich ein Konzept entwickelt, mit dem es gelungen ist, die Technologieentwicklung so weit zu treiben, dass inzwischen chemische Nanowerkstoffe und ihre Anwendungen auf breiter Front zur Verfügung stehen, und zwar nicht nur für große, sondern auch besonders für mittlere und kleine Unternehmen. Durch die Querschnittsfunktion dieser Nanomaterialien stehen Innovationen für eine breite Palette von industriellen Partnern zur Verfügung. Als ein wichtiger Schwerpunkt hat sich die Oberflächentechnik herauskristallisiert, da mit neuen Nanomaterialien Effekte auf Oberflächen erzeugt werden können, die bisher noch nicht möglich waren. Für die Oberflächentechnik steht das spezielle Anwendungszentrum NMO zur Verfügung. Außerdem koordiniert das INM zusammen mit der Universität Tübingen das Kompetenzzentrum Nanotechnologie des BMBF, ein Netzwerk, das bereits 72 Firmen und 42 Forschungsinstitute aus ganz Deutschland umfaßt und jederzeit weitere Firmen aufnimmt. Firmen, die neue Nanowerkstoffe oder Nanokomponenten nicht selbst produzieren können, finden in dem neuen Produktionsunternehmen Nanogate, das eng mit dem INM kooperiert, einen flexiblen Partner. Mit Nanogate ist die führende europäische Venture Capital Gesellschaft 3i (London) in den chemische Nanotechnologie eingestiegen. Die höchste Form der Umsetzung bilden jedoch komplett neue Produkte, die auf Nanomaterialien aufbauen. Auch dafür existiert bereits ein maßgescheidertes Dienstleistungsunternehmen für Mittelständler: das European Center for Product Innovation and Coatings (EPC) in Saarbrücken, ein Joint Venture zwischen dem INM und der international renommierten niederländischen F&E-Gesellschaft TNO (5000 Mitarbeiter in 14 Entwicklungszentren). Von EPC erhalten Firmen auch solche Produkte auf der Basis der INM-Nanowerkstoffe komplett entwickelt, die im Portfolio des INM nicht enthalten sind und in dem das geballte Produkt-Know-how von TNO integriert ist. Als Mitglied der EMARC-Organisation, in der sieben große europäische Forschungszentren und -organisationen vereinigt sind, ist das INM in ein potentes europäisches Netzwerk eingbunden. Damit ist nach zehn Jahren Aufbauarbeit ein Stand erreicht, der sich nicht nur national, sondern auch international sehen lassen kann. Das INM ist das weltweit größte Forschungszentrum, das sich dem Sol-Gel-Prozess, chemischen Nanotechnologien und deren breiter Vermarktung widmet und das wie kein anderes in diesem Umfang die Herstellung einer breiten Palette von Nanopartikeln in unterschiedlicher Zusammensetzung mit maßgeschneiderten Oberflächen bis hinein in den Pilotmaßstab anbietet. Aufbauend auf der Sol-Gel-basierten Nanopartikeltechnologie sind Geschäftsbereiche entstanden, die alle eine internationale Dimension und zum Teil schon den Charakter von Technologiepaketen haben, die kurzfristig in neue unternehmerische Aktivitäten umgesetzt werden können. Sie finden sie in der folgenden Darstellung der INM-Technologien. Die breite Palette der INM-Technologien -- Easy-to-clean-Technologien für Oberflächen in den Bereichen Architektur, Glas, Sanitär, Chemie, Produktionstechnik, Lebensmitteltechnologie, Fahrzeugbau, Papier- und Druckindustrie etc.; damit können erhebliche Einsparungen bei Reinigungsprozessen mit umweltschonendem Effekt erzielt werden, sowie eine Verbesserung von Produktionstechniken auf breiter Basis erfolgen. -- Kratzfest- und Hartbeschichtungstechniken für Kunststoffe und Metalle. Die Anwendungen reichen von der Folienbeschichtungstechnik für Displays, über Verpackung, Kunststoffverscheibungen für Fahrzeuge hin bis zur Weltraumtechnik. -- Optische Oberflächen. Die Entwicklungen umfassen Holographie für die Displaytechnik, zur Datenspeicherung, reflexionsarme Automobilverscheibungen oder reflexionsarme optische Bauteile bis hin zu Dekoranwendungen wie Hologramme auf Metallen, keramischen Bauteilen, Bausteine für die optische Nachrichtentechnik wie Wellenleiter und „Laser on Board a Chip“, und elektrochromen Systemen zum kontrollierten Auf- und Abdunkeln von Scheiben oder photochromen Beschichtungen für die optische Industrie. -- Eine Korrosionsschutztechnologie, bei denen Nanopartikel die Rolle von speziellen korrosionsinhibierenden Komponenten spielen und die neben ihren hervorragenden optischen Eigenschaften weitere Funktionen wie z. B. hohe Abriebfestigkeit oder Easy-to-clean-Eigenschaften aufweisen. Die Anwendungen erstrecken sich von Leichtmetallen im Automobilbau über Folientechniken hinein bis in den Stahlbau. -- Neue katalytisch wirkende Komponenten, die Geruchsbelästigungen aller Art unterdrücken, vom Haushalt bis zur Viehzucht und von der Industrie bis zur Abwassertechnik. -- Separationsverfahren auf der Basis von Nanotechnologien, mit denen es gelingt, toxische Komponenten aus den Abwässern schnell und elegant zu entfernen, und die bis zur Separation von Nukleinsäuren für neue medizinische Tests reichen. -- Nanopartikel, deren Oberfläche so präpariert ist, dass sie im menschlichen Körper Transportdienste leisten, die auch in Tumorzellen eingeschleust werden können und die dann durch äußere Energieeinstrahlung zu deren Vernichtung herangezogen werden können. -- Nanopartikelbasierte Bindemittel, mit denen es gelingt, Bauteile aus jedweder Art von Naturfasern für Konstruktionen, z. B. Hausbau in den Tropen, herzustellen und mit denen es weiter gelingt, neue Gießereitechniken ohne Geruchsbelästigung zu realisieren. Risiko gering Dieser Ausschnitt aus der Palette der INM-Technologien zeigt, dass die chemische Nanotechnologie einen Stand erreicht hat, der neben den bisher durchgeführten Umsetzungen ein äußerst interessantes Umsetzungspotential für weite Bereiche aufzeigt. Dies wird nicht nur in Deutschland erkannt, sondern auch in Übersee, und besonders in Fernost, von wo höchstes Interesse signalisiert wird und wo Kooperationsangebote auf breiter Front an das INM gemacht werden. Damit stehen sowohl für das Saarland, aber auch für die Bundesrepublik und Europa eine Fülle an Technologien zur Verfügung, die es zu nutzen gilt. Auf jeder Ausstellung (Hannover Messe, Materialica), auf denen das Institut auftritt, kommen hunderte von Industrieanfragen, die in der Fülle die Kapazitäten des Instituts weit überfordern. Damit ist mein Konzept voll aufgegangen. Die neue Aufgabe ist es, nach neuen Strukturen zu suchen, die eine noch bessere Nutzung dieses Potentials gewährleisten. Das Risiko des Einstiegs von Firmen wird durch zwei Faktoren minimiert: Die Nanotechnologien stehen bereits im industriellen Maßstab zur Verfügung und müssen für die jeweilige Anwendung nur adaptiert werden. Kein Interessent braucht sich mit hochriskanten Laborergebnissen abzugeben. Und das nutzbare Know-how ist in über 60 Basistechnologien, die weltweit zum Patent angemeldet wurden, geschützt. Firmen können dazu ihre Anwendungen noch durch eigene Patente absichern. Wir sind selbst immer wieder überrascht und überwältigt von den Möglichkeiten, die uns die chemische Nanotechnologie von Tag zu Tag neu eröffnet. Durch die Mitgliedschaft in der Leibniz-Gemeinschaft hat das Forschungszentrum die optimalen Rahmenbedingungen, um die interessantesten von ihnen weiter zu verfolgen. Die frappierendsten liegen zweifellos in der Nutzung der winzigen Partikel in der Medizin. Die sanfte Krebstherapie, bei der Millionen als Nährstoff getarnte magnetische Nanopartikel in Krebszellen eingeschleust und anschließend – durch ein Magnetfeld erwärmt – diese abtöten, wonach der Körper den toten Tumor selbst entsorgt, habe ich schon erwähnt. Hinzu kommt die realistische Chance, mit Hilfe chemischer Nanopartikel defekte menschliche Gene zu „reparieren“. Und die erste unsichtbare Beschichtung für die menschlichen Zähne, die die Haftung der schädlichen Plaque-Bakterien wirksam verhindert, hat ihre Wirksamkeit ebenfalls schon bewiesen. * Es besteht ein konkrektes Interesse der Industrie Taiwans, chemische Nanotechnologien des INM im asiatischen Raum rasch und massiv zu vermarkten. Hier ein Auszug aus der in der vergangenen Woche in Taiwan gegenüber Prof. Schmidt zusammengestellte Wunschliste :
BerliNews, 5. 2. 2000
Jenseits des Fegefeuers
BerliNews, 21. 1. 2000
NanOp at the Hannover Fair 2000
Together with the Japanese German Center in Berlin and for other competence centers NanOp organizes a Japanese
German Symposium on Strategies in Nanotechnology. The symposium shall stimulate the information exchange between
representatives of research and industry. Japan and Germany are among the worldwide leaders in nanotechnology
research. In both countries there are huge public funding initiatives for research and development of new nanotechnology
based products and applications. In the symposium the perspectives for the application of nanotechnologies in various
industrial applications will be discussed and suitable strategies for research and development will be developed.
NANOWISSENSCHAFTS-PREIS 2000
IWGN, Workshop Report Die sechs Nanotechnologie-Kompetenzzentren (Netzwerke) PE BMBF, 12. 08. 1998 VDI Technologiezentrum Physikalische Technologien
PE BMBF, 12.01.2000 Wettbewerb sowie Richtlinien zur Förderung von
Nanotechnologie-Kompetenzzentren (11. März 1998)
Autor: Manfred Ronzheimer
| ||||||||||||
|
Zu den auf dieser Seite enthaltenen Links auf fremde Internetseiten |