Dieter Vollath 
Nanowerkstoffe für Einsteiger 

‘Nanowerkstoffe für Einsteiger’ hält, was der Titel verspricht: Eine leichtverständliche Einführung zu Nanowerkstoffen für alle, die sich mit den Grundlagen und dem Potential dieser vielseitigen Materialklasse vertraut machen möchten, ohne allzu tief in die physikalischen und chemischen Details einzusteigen.

Nanowerkstoffe sind Materialien wie Metalle, Legierungen, Keramiken oder Polymere, in denen mindestens eine Längendimension kleiner als 100 Nanometer ist. In diesem Längenbereich zeigen diese Materialien ganz besondere und fein einstellbare optische, elektrische und mechanische Eigenschaften, die auf der makroskopischen Skala nicht zutage treten. Eine Vielzahl von Anwendungen an der Schnittstelle zwischen Materialwissenschaft, Chemie, Physik und Biologie ist bereits in kommerziell erhältliche Produkte umgesetzt worden.

Jedes Kapitel beginnt mit einer Einführung in den Lernstoff ‘In diesem Kapitel’ und endet mit einer Zusammenfassung ‘Wichtig zu wissen’. In die Tiefe gehende Erklärungen sind in Boxen aufgenommen und können so leicht ausgelassen werden.

Table of Content

Vorwort

EINFÜHRUNG

NANOMATERIALIEN
Nanoteilchen – Nanokomposite
Elementare Konsequenzen der kleinen Teilchengrößen
Makroskopische Nanowerkstoffe

OBERFLÄCHEN VON NAONOWERKSTOFFEN
Allgemeine Betrachtungen
Oberflächenenergie
Einfluss der Krümmung auf den Dampfdruck – Dampfdruck kleiner Teilchen
Technische Anwendung der Oberflächenenergie – Hypothetische Nanomotoren

GASPHASENSYNTHESE VON NANOTEILCHEN UND NANOKOMPOSITEN
Grundlegende Betrachtungen
Syntheseverfahren ohne zusätzliches elektrisches Feld
Plasmaverfahren
Flammensynthesen
Synthese beschichteter Teilchen

EIN- UND ZWEIDIMENSIONALE NANOTEILCHEN
Grundsätzliche Betrachtungen
Beispiele ein- und zweidimensionaler Teilchen
Nanostrukturen aufgebaut aus in Schichten kristallisierenden Materialien

NANOFLUIDE
Grundlagen
Nanofluide zur Verbesserung des Wärmeüberganges
Ferrofluide

THERMODYNAMIK VON NANOTEILCHEN
Thermodynamik kleiner Teilchen
Phasentransformationen bei Nanoteilchen
Wärmekapazität von Nanoteilchen
Thermische Instabilitäten in Verbindung mit Phasentransformationen

MAGNETISCHE NANOMATERIALIEN – SUPERPARAMAGNETISMUS
Magnetische Materialien
Physikalische Grundlagen des Superparamagnetismus
Magnetische Anisotropie der Werkstoffe
Superparamagnetische Werkstoffe in der experimentellen Realität
Mößbauer-Spektrum superparamagnetischer Teilchen
Ausgewählte Anwendungen von superparamagnetischen Teilchen
Austauschgekoppelte magnetische Nanowerkstoffe

OPTISCHE EIGENSCHAFTEN
Einführende Anmerkungen
Einstellung des Brechungsindex und visuell transparente optische UV-Absorber
Größenabhängige optische Eigenschaften – Quanteneinschlussphänomene
Halbleitende Nanoteilchen – Quanteneinschluss
Lumineszenz wechselwirkender Teilchen
Lumineszierende Nanokomposite
Metallische Nanoteilchen – Plasmonenresonanz
Auswahl eines Luminophors oder Absorbers in Hinblick auf technische Anwendungen
Elektrolumineszenz
Foto- und elektrochrome Materialien
Magnetooptische Anwendungen

ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN
Elektrische Leitfähigkeit nanoskaliger Systeme: Diffusive und ballistische Leitfähigkeit
Experimentelle Befunde zur Leitung des elektrischen Stromes in nanoskaligen Systemen
Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen
Weitere eindimensionale elektrische Leiter
Elektrische Leitfähigkeit von Nanokompositen

MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN
Einführende Anmerkungen
Mechanische Eigenschaften nanokristalliner Materialien
Verformungsmechanismen bei nanokristallinen Werkstoffen
Superplastizität
Schwingungen von Nanostäbchen und Nanoröhrchen-Maßstabsgesetze für Schwingungen
Nanokompositemit Polymer-Matrix

CHARAKTERISIERUNG VON NANOMATERIALIEN
Spezifische Oberfläche
Bestimmung der Kristallstruktur
Elektronenmikroskopie

Stichwortverzeichnis

About the author

Professor Dieter Vollath verfügt über mehr als zwanzig Jahre Erfahrung in Forschung und Lehre im Bereich der Nanomaterialien. Er war Abteilungsleiter am Forschungszentrum Karlsruhe und hält regelmäßig Vorlesungen an der Technischen Universität in Graz. Seit 2003 ist er selbstständiger Nanotechnologieberater und gibt Kurse zu Nanoteilchen und Nanowerkstoff en, die die Grundlage dieses Buches darstellen.