Förderung der Arzneimittelforschung und -entwicklung, Unterstützung künstlicher Intelligenz … welche Möglichkeiten kann die magische Nanotechnologie der Welt eröffnen?

In der heutigen Welt ist Nano den Menschen nichts Unbekanntes mehr. Der winzige Nano scheint eine Tür zu einem fremden Land geöffnet zu haben und ermöglicht uns einen Eintritt in die magische Welt des Nano.

Die Nanowissenschaft hat jeden Aspekt unseres Lebens durchdrungen, von Nanosatelliten bis hin zu Nanounterwäsche und so weiter. Durch die kontinuierliche Erkundung und Erforschung der Nanowelt erlangt der Mensch die Kontrolle über die gesamte mikroskopische Welt. Die Nanowissenschaft hat auch Nanomaterialien, Nanomedizin, Nanobiologie, Nanoelektronik usw. hervorgebracht.

Mithilfe der Nanotechnologie können kleine elektronische Geräte mehr Informationen speichern, wodurch Medikamente gezielter im menschlichen Körper eingesetzt werden können, die Festigkeit von Metallen verdoppelt wird, Keramikmaterialien plastischer werden und nanointegrierte Geräte mit Satelliten in den Himmel fliegen können. Dabei werden die magischen Funktionen der Gewichtsreduzierung, der Kostensenkung und der Effizienzsteigerung erreicht.

Beginnen wir mit den neuesten Ergebnissen der Nanoforschung. Einer der Future Technology Awards 2020 wird für die Forschung zu nanostrukturierten Metallmaterialien verliehen, die es metallischen Materialien ermöglichen, gleichzeitig eine hohe Festigkeit, hohe Plastizität und hohe elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Die Korngröße gängiger Metallmaterialien variiert zwischen zehn und tausend Mikrometern. Wenn die Korngröße weiter auf den Bereich von einigen zehn bis hundert Nanometern schrumpft, entstehen die Nanometalle, von denen wir oft hören.

Im Bereich der traditionellen Materialwissenschaft wird oft angenommen, dass zwischen der Festigkeit, Plastizität und Leitfähigkeit von Nanometallen ein natürlicher Widerspruch besteht. Bei der langfristigen Erforschung und Beobachtung von Nanometallen haben Wissenschaftler jedoch festgestellt, dass es durchaus möglich ist, dass Nanometalle verschiedene Eigenschaften in sich vereinen, wenn ihre Struktur modifiziert und angepasst wird, und so zu einem magischen Material werden, das den gesunden Menschenverstand sprengt.

Das Forschungsteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat zwei neue Arten von Nanostrukturen entdeckt und damit einen wichtigen Durchbruch im Prinzip der Verstärkung metallischer Materialien erzielt. Bei diesen beiden Strukturen handelt es sich um hochdichte Nanozwillingskristalle und Gradienten-Nanostrukturen, die über eine ultrahohe Festigkeit verfügen und gleichzeitig über eine extrem starke elektrische Leitfähigkeit bzw. plastische Verformbarkeit verfügen. Beispielsweise ist eine reine Kupferprobe mit einer Gradienten-Nanostruktur doppelt so fest wie gewöhnliches grobkörniges Kupfer, während ihre Zugplastizität unverändert bleibt. Dadurch wird die umgekehrte Festigkeits-Plastizitäts-Beziehung des herkömmlichen Verstärkungsmechanismus durchbrochen, und die Anwendung in der Industrie hat zu erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen geführt.

Was also können Menschen im Nanomaßstab noch tun? Die Entdeckung nanometergroßer Kern-Schale-Strukturen ist zweifellos ein bedeutendes Ereignis in der Nanowelt! Auch in der mikroskopischen Welt, die sich stark von der makroskopischen Gesellschaft unterscheidet, gibt es eine materielle Struktur, die Yuanxiao ähnelt. Diese Art von „Yuanxiao“ ist normalerweise nur einige zehn Nanometer groß und die Außenhülle kann nur wenige Nanometer dick sein. Dabei handelt es sich um die Nano-Kern-Schale-Struktur, die seit Beginn des neuen Jahrhunderts in den Bereichen Materialien und Chemie beliebt ist.

Bildquelle: Visual China

Was ist eine Nanokern-Schale-Struktur? Bei Nano-Kern-Schale-Strukturen handelt es sich im Allgemeinen um Nanopartikel, die aus zwei Substanzen bestehen, nämlich einem Kern und einer Schale, und ihre Formen können kugelförmig, polyedrisch, lamellenförmig und stäbchenförmig sein. Die Nano-Kern-Schale-Struktur weist nicht nur viele der magischen Eigenschaften herkömmlicher Nanomaterialien auf, sondern kann durch die Regulierung der Materialien, der Morphologie und des Designs von Kern und Schale auch eine bessere Stabilität und Reaktivität erreichen, sodass teure Materialien durch billigere ersetzt werden können.

Nano-Kern-Schale-Strukturen können Edelmetallmaterialien einsparen und die katalytische Leistung verbessern. Beispielsweise wird ein Autoabgaskatalysator aus Platinmetallpartikeln extrem teuer, wenn Platinmetall über einen längeren Zeitraum in großen Mengen verwendet wird. Durch die Verwendung der Methode zur Herstellung von Nano-Kern-Schale-Strukturen kann die Verwendung von Platin jedoch auf die äußere Schale der Kern-Schale-Struktur beschränkt werden, während der Kern aus billigen Materialien hergestellt werden kann. Da die katalytische Funktion eigentlich nur dem nach außen gerichteten Schalenteil obliegt, wird die Funktion von Platin als Katalysator grundsätzlich nicht durch die Verwendung eines Kerns aus billigem Material beeinträchtigt. Im Gegenteil, wenn bei der Herstellung der Platinschale bestimmte spezielle Kontrollmethoden angewendet werden, sodass die Platinschale eine Form mit stärkerer katalytischer Leistung annehmen kann oder Platinatomflächen mit stärkerer katalytischer Fähigkeit freigelegt werden, kann man davon ausgehen, dass die Kosten für Platinkatalysatoren erheblich gesenkt und gleichzeitig die katalytische Leistung deutlich verbessert werden. Dies ist wirklich der beste Weg, mit den geringsten Kosten das meiste zu erreichen.

Die Nano-Kern-Schale-Struktur kann zudem die Stabilität des Kernmaterials erhöhen. Zukünftige Fahrzeuge mit neuer Energie, Hochgeschwindigkeitszüge und andere Bereiche werden dringend Schweißmaterialien mit hoher Hitzebeständigkeit, hoher Wärmeleitfähigkeit und großer Stromflusskapazität benötigen. Mikro-Nano-Kupferpartikel können bei niedrigeren Temperaturen gesintert werden und die anschließend gebildete poröse Netzwerkstruktur hat einen ähnlichen Schmelzpunkt wie massives Kupfer und ist extrem hitzebeständig. Gleichzeitig ist Kupfer ein guter Wärme- und Stromleiter und verfügt über hervorragende Hochtemperatureigenschaften, die die von herkömmlichen Loten weit übertreffen. Daher verfügt Nanokupfer über großes Potenzial in den Bereichen der Hochtemperaturschweißmaterialien der nächsten Generation und fortschrittlicher leitfähiger Pfade.

Auch in der Pharmaindustrie können Nano-Kern-Schale-Strukturen Anwendung finden. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zur Arzneimittelherstellung spielen Nano-Kern-Schale-Strukturen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der kolloidalen Stabilität, der Verhinderung der Agglomeration von Nanopartikeln und der Kontrolle von Partikelgrenzflächenreaktionen. In Zukunft werden „Ärzte“ auf Nanoebene in der Lage sein, Patienten zu untersuchen, und Nanomedikamente werden eine präzisere Positionierung erreichen und besser auf den menschlichen Körper wirken können.

Die Wunder der Nanotechnologie gehen weit über das oben Aufgeführte hinaus. Die Nanotechnologie wird in Zukunft weitere Disziplinen beeinflussen. Auch derzeit wird in vielen Ländern der Welt mit Hochdruck an der Nanoforschung gearbeitet. In Zukunft werden zahlreiche Nanotechnologieprodukte das Leben der Menschen verändern. Wir können uns vorstellen, dass Menschen in naher Zukunft auf verschiedene Nanoroboter treffen und sagen werden: „Hallo, neue Nanowelt!“

Äußerst bereichsübergreifende Nanotechnologie

Nanotechnologie ist die Wissenschaft und Technologie der Herstellung von Materialien unter Verwendung einzelner Atome und Moleküle und untersucht die Eigenschaften und Anwendungen von Materialien mit Strukturgrößen von 1 bis 100 Nanometern.

Nanotechnologie ist eine Wissenschaft und Technologie, die auf vielen modernen fortschrittlichen Wissenschaften und Technologien basiert. Es ist das Produkt der Kombination aus dynamischer Wissenschaft (dynamische Mechanik) und moderner Wissenschaft (Chaosphysik, intelligente Quantenphysik, Quantenmechanik, mesoskopische Physik, Molekularbiologie) und moderner Technologie (Computertechnologie, Mikroelektronik und Rastertunnelmikroskopie-Technologie, Nuklearanalyse-Technologie). Die Nanotechnologie wird eine Reihe neuer Wissenschaften und Technologien hervorbringen, etwa Nanophysik, Nanobiologie, Nanochemie, Nanoelektronik, Nanoverarbeitungstechnologie und Nanometrologie.