Impuls Physik 4, Schulbuch

Von Mikro bis Nano 4 „There’s plenty of room at the bottom!“ „Ganz unten ist eine Menge Platz“, lautet diese Aussage, die auf den Physiker Richard Feynman zurückgeht. Feynman wollte damit sagen, dass zwischen den Teilchen auf elementarer Ebene enorm viel Freiraum ist. Materie, die sich in den Teilchen sammelt, füllt tatsächlich nur einen verschwindend kleinen Teil des vorhandenen Raumes aus. Der folgende Vergleich anhand des Atommodells soll dies veranschaulichen: Wie du weißt, besitzt jedes Atom einen Atomkern mit Neutronen und Protonen und Schalenräume um den Atomkern, in denen sich Elektronen aufhalten. Vergrößert man das gesamte Atom auf die Größe eines Fußballfeldes, wäre der Kern darin noch immer so klein, dass man eine Lupe bräuchte, um ihn zu sehen. Neutronen, Protonen und Elektronen nehmen daher nur einen ganz geringen Anteil des Raumes ein. Alles dazwischen ist quasi leer. Die Aussage von Feynman bringt aber auch zum Ausdruck, dass die Welt des Kleinsten unzählige technische Möglichkeiten bietet. Schon heute ist es möglich, Materie auf molekularer Ebene zu verändern, um so besondere Werkstoffe, Wirkstoffe oder gar Minimaschinen zu erzeugen. Als Nanotechnologie bezeichnet man jene Wissenschaft, die sich mit technischen Möglichkeiten auf kleinstem Raum befasst. Die Bezeichnung „Nano“ nimmt Bezug auf die winzig kleine Größeneinheit Nanometer (nm). 1 nm = 0,000000 001 m = 10 –9 m Die Nanotechnologie ermöglicht die Entwicklung neuer Materialien aus Kohlenstoffatomen, zB so genannter Nanoröhren. Diese robusten und vielseitigen Werkstoffe werden bereits heute in handelsüblichen Produkten (Transistoren, Displays) sowie zur Materialforschung verwendet. Eine Sparte der Nanotechnologie, die Nanomechanik, hat sich die Herstellung winzig kleiner Maschinen zum Ziel gesetzt. Bereits heute liegt die Größe der Transistoren, die in Mikroprozessoren zu finden sind, im Bereich der Nanotechnologie. Solche Transistoren sind ca. 65 nm groß. Was ist Mechatronik? Mechatronik beschäftigt sich mit dem Zusammenwirken von Mechanik, Elektronik und Computertechnik. Beispiele dafür sind die Entwicklung von Navigationssystemen, Robotertechnik, Sensorentechnik (zB Einparkhilfen beim Auto), Fließbandprogrammierung, Automobiltechnik usw. In Österreich kann man Mechatronik in HTLs und Berufsschulen erlernen oder an einer Universität oder Hochschule studieren. M Nanoröhre aus Kohlenstoffatomen Richard Feynman Auch die Formen der Datenübertragung werden immer leistungsfähiger! Glasfaserleitungen, die Daten in Form von Lichtsignalen mit unwahr- scheinlicher Geschwindigkeit wei- tersenden, werden bereits heute in vielen Bereichen (zB Vernetzung von Computern) angewendet. Im Anfangsstadium hingegen befindet sich die Entwicklung so genannter Supraleiter. Strom kann durch einen Supraleiter praktisch widerstandsfrei fließen. Diese Leiter funktionieren jedoch nur bei extrem niedrigen Temperaturen. 41 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv