Bildstrecke: NanoArt

Die Ausstellung "NanoArt from Germany" an der Universität Tsukuba (Japan) zeigte vom 25. bis zum 28. Oktober 2011 die Wunderwelt des Nanokosmos. Zahlreiche Bilder der äußerst farbenfrohen und ästhetischen Ausstellung stammen aus den Laboren der CENIDE-Mitglieder. Zuvor war die Ausstellung in New York zu sehen, wo sie unter anderem von ConRuhr und dem German Center for Research and Innovation mitkonzipiert wurde.
In der Ausstellung treffen Kunst und Wissenschaft aufeinander. Die Fotos bieten ein Kaleidoskop von Texturen und Mustern, geordneten Strukturen und Chaos, Bergen und Tälern im Maßstab des milliardstel Meters.

Nanowerkzeuge – Nano Tools

Werkzeuge in einem Nanoprobe-Mikroskop, das Manipulationen im Nanobereich durchführen kann. Das Rastertunnelmikroskop (Scanning Tunneling Microscop, STM) ist eines der wichtigsten Werkzeuge in der Nanotechnologie. Es verfügt über eine sehr feine Sondenspitze, die die Oberfläche einer Probe abtastet. Mithilfe der Werkzeuge können aber auch Oberflächen gezielt modifiziert werden, indem man ein Atom nach dem anderen verschiebt. Eigentlich ist der Name „Mikroskop“ hier irreführend, denn ein STM „sieht“ eine Oberfläche nicht, sondern „fühlt“ sie.


Nanomikroskop – Nano Microscope

Blick durch das Bullauge eines Nanoprobe-Mikroskops. Analyse und Herstellung von Nanostrukturen und -partikeln erfordern eine besonders saubere Umgebung und werden daher im Vakuum bei streng kontrollierten Temperaturen durchgeführt.


Nanofarben – Nano Size

Die Testgefäße enthalten Silizium-Nanopartikel in abnehmender Größe. Bestrahlt man sie mit UV-Licht, so emittieren diese – abhängig von ihrer Größe – Licht in verschiedenen Farben. Dieser Effekt zeigt, dass Nanomaterialien Eigenschaften haben können, die einstellbar sind und von ihren makroskopischen, d.h. deutlich größeren, Pendants komplett abweichen. Zum Beispiel ist makroskopisches Silizium schlicht grau und zeigt auch keine Lichtemission unter UV-Licht-Bestrahlung. – Hartmut Wiggers, AG Wiggers


Nanofabrik – Nano Factory

Pilotanlage für die Nanopartikelsynthese am Institut für Energie- und Umwelttechnik in Duisburg. Diese bisher einzigartige Anlage kann Silizium-Nanopartikel, z.B. für effizientere Batterien oder thermoelektrische Generatoren, im Kilogramm-Maßstab herstellen. Thermoelektrische Generatoren nutzen Temperaturunterschiede aus, um elektrischen Strom zu erzeugen, und stellen damit eine alternative Energiequelle dar.


Nanoreaktor – Nano Reactor

Blick in einen Mikrowellen-Plasma-Reaktor, in dem Silizium-Nanopartikel aus der Gasphase hergestellt werden: Eine siliziumhaltige Verbindung zerfällt bei sehr hohen Temperaturen. Der entstehende Siliziumdampf kondensiert beim Abkühlen und bildet so im Reaktor winzige Nanopartikel.

Nano-Mikrowelle – Nano Microwave

Seitenansicht der aktiven Zone eines Mikrowellen-Plasma-Reaktors, der Nanopartikel im Kilogramm-Maßstab erzeugen kann. Diese Reaktoren verwenden Mikrowellen, um ein siliziumhaltiges Gas zu zersetzen und daraus Silizium-Nanopartikel in verschiedenen, einstellbaren Größen zu erzeugen.

Nanogeschichte – Nano History

Glasfenster der St. Ludger-Kirche in Duisburg. Nanopartikel werden bereits seit dem Mittelalter verwendet, um bunte Glasfenster herzustellen. Dazu fügt der Glasmacher der Schmelze winzige Mengen von Gold, Silber oder Kupfer hinzu, sodass Nanopartikel zwischen 5 und 30 nm Größe entstehen. Diese verleihen dem Glas seine charakteristische rote, gelbe oder blaue Farbe. – Kirsten Dunkhorst, CENIDE-Geschäftsstelle


Nano-Ferrofluid – Nano Ferrofluid

Ferrofluidbrunnen mit Igel-Struktur. Ferrofluide bestehen aus magnetischen Nanopartikeln, die stark auf externe Magnetfelder reagieren: Sie formen spitze Strukturen, die den magnetischen Feldlinien folgen. Ohne Magnetfeld verhält sich das Ferrofluid wie eine normale Flüssigkeit. Ferrofluide werden zum Beispiel in High-Tech-Lautsprechern verwendet, aber auch zur Krebsdiagnose und -therapie in der Medizin. – Kirsten Dunkhorst, CENIDE-Geschäftsstelle


Nanolaser – Nano Lasers

Optische Anlage zur Erprobung neuer Laser-Materialien. Es wurden bereits Nanolaser mit rund 50 Nanometern Größe realisiert: Sie emittieren sichtbares Licht und sind vermutlich wesentliche Bestandteile zukünftiger Computer sowie von Geräten der Unterhaltungselektronik und Telekommunikation. Sowohl die Strahlen des grünen Pumplasers als auch die des roten Ausrichtungslasers sind sichtbar.

Nanodraht – Nano Wire

Der einkristalline Silber-Nanodraht in der Mitte des Bildes hat sich durch Selbstorganisation gebildet. Solche Drähte können elektrischen Strom viel besser leiten als herkömmliche Leiterbahnen, sodass sie für zukünftige Generationen von Computern vielversprechend sind.


Nanosilizium – Nano Silicon

Ein Pulver aus leuchtenden Silizium-Nanopartikeln. Die Partikel emittieren Licht, wenn sie UV-Strahlung ausgesetzt werden. Dieser Effekt zeigt, dass Materialien in der Nanodimension Eigenschaften haben können, die von ihren „normalgroßen“ (makroskopischen) Pendants komplett abweichen. Zum Beispiel ist Silizium als Volumenmaterial schlicht grau und zeigt auch keine Lichtemission unter UV-Licht-Bestrahlung.


Nanofackel – Nano Torch

Blick in die Plasmafackel eines Mikrowellen-Reaktors. Das Silizium verdampft im aufgeheizten Gas und bildet beim Abkühlen Nanopartikel. Im Plasmareaktor kann man Nanopartikel mit besonders hochwertigen kristallinen Eigenschaften erzeugen.

Nanoordnung – Nano Order

Eine rastertunnelmikroskopische Aufnahme von Atomen auf der Oberfläche von Silizium. Die Atome ordnen sich im berühmten „7x7-Muster“ an, um die Anzahl der ungesättigten Bindungen an der Oberfläche zu verringern. Die terrassenförmigen Strukturen sind Kanten von nur atomarer Höhe. Der Ausschnitt zeigt eine höhere Vergrößerung, in der einzelne Atome auf der Silizium-Oberfläche zu erkennen sind. In einem Rastertunnelmikroskop wird eine Struktur erforscht, indem eine extrem feine Nadel in einem Abstand, nicht größer als ein Atomdurchmesser, über die Oberfläche geführt wird.


Nanolicht – Nano Light

Muster, das entsteht, wenn Elektronen von einer einzelnen Schicht aus Kohlenstoffatomen abprallen, die auf einer Iridium-Oberfläche liegen. Aufgrund der regelmäßigen, wabenartigen Anordnung der Kohlenstoffatome werden die Elektronen in ganz bestimmte Richtungen abgelenkt (Beugung). Das führt zu dem Sternenhimmelmuster auf dem Detektionsschirm. Wissenschaftlern gibt das Muster Auskunft über die Oberflächeneigenschaften der Probe. Einlagiger Kohlenstoff, sogenanntes „Graphen“, zeigt einzigartige elektrische Eigenschaften und gilt daher als vielversprechendes Zukunftsmaterial für Transistoren.


Nano-Milchstraße – Nano Milky Way

Rastertunnelmikroskopisches Bild, aufgenommen bei einer Temperatur von -268 °C. Es zeigt Kupferphthalocyanin (CuPc, eine metall-organische Verbindung) auf einer Kupferoberfläche. Jeder Stern entspricht einem rund 1,7 nm großen CuPc-Molekül. Wenn CuPc-Moleküle auf eine Metalloberfläche aufgebracht werden und abkühlen, ordnen sie sich in minimalem Abstand voneinander auf der Oberfläche an. In einem Rastertunnelmikroskop wird eine Struktur erforscht, indem eine extrem feine Nadel in einem Abstand, nicht größer als ein Atomdurchmesser, über die Oberfläche geführt wird. In Pulverform ist CuPc übrigens ein blaues Pigment, das zum Beispiel in Lacken und Farben verwendet wird. – Christian Bobisch, AG Möller

Nanoberge – Nano Mountains

Bismut-Kristall-Berge aus polykristallinem Bismut. Die irisierenden Farben werden durch eine Oxidschicht von wenigen 100 nm Dicke auf der Oberfläche verursacht. – Ferdinand Müller, AG Lorke


Nanologo – Nano Logo

Mithilfe eines fein fokussierten Ionenstrahls (Focused Ion Beam, FIB) wurde das Logo der Universitätsallianz Metropole Ruhr (UAMR) in ein menschliches Haar eingraviert. Die FIB-Anlage wird auch als "Nanowerkbank" bezeichnet, denn sie dient unter anderem dazu, winzigste Materialien zu bearbeiten. Die Universitätsallianz Metropole Ruhr ist ein Zusammenschluss der Universitäten in Bochum, Dortmund und Duisburg-Essen.

Nanostufen – Nano Stairs

Das Bild zeigt eine hochreine Silizium-Oberfläche, bedeckt mit einer kleinen Menge an Silber. Die Stufenhöhe entspricht einer einzelnen Atomschicht. Durch die Schicht wurde ein elektrischer Strom geschickt. Der Farbcode bildet die lokal gemessene elektrische Spannung ab.


Nanoanalytik – Nano Analysis

Ein niederenergetisches Elektronenmikroskop ermöglicht es, sehr kleine Details auf Oberflächen mit "sanfter" Elektronenbestrahlung zu analysieren. In einem Lichtmikroskop sind derartige Details nicht zu erkennen. Der Aufbau wurde durch mehrere zusätzliche Optionen (Beugung, Hellfeld- und Dunkelfeld-Kontraste) ergänzt, um sein Analysepotenzial zu erweitern. – Meyer zu Heringdorf, AG Horn-von Hoegen

 


Nano-Expressionisten – Nano Expressionists

Bismut-Nanostrukturen (blau), abgeschieden bei Zimmertemperatur auf einer Germanium-Schicht auf einem Siliziumsubstrat (gelb-orange). Das Bild wurde mit einem Rastertunnelmikroskop aufgenommen. In einem Rastertunnelmikroskop wird eine Struktur erforscht, indem eine extrem feine Nadel in einem Abstand, nicht größer als ein Atomdurchmesser, über die Oberfläche geführt wird.


Keith Haring goes Nano – Keith Haring goes Nano

Bismut-Nanostrukturen, abgeschieden bei Zimmertemperatur auf einer Germanium-Schicht auf einem Siliziumsubstrat. Das Bild wurde mit einem Rastertunnelmikroskop aufgenommen. In einem Rastertunnelmikroskop wird eine Struktur erforscht, indem eine extrem feine Nadel in einem Abstand, nicht größer als ein Atomdurchmesser, über die Oberfläche geführt wird.


Winzige Lebewesen – Tiny Critter

Außenansicht der Schale einer Herzmuschel mit eingebetteten Diatomeen (Kieselalgen).


Nano-Einzelschicht – Nano Monolayer

Selbstorganisierte Bismut-Nanostrukturen auf einer Silizium-Oberfläche. Jeder Punkt entspricht einem einzelnen Bismutatom. Das Bild wurde mit einem Rastertunnelmikroskop aufgenommen. In einem Rastertunnelmikroskop wird eine Struktur erforscht, indem eine extrem feine Nadel in einem Abstand, nicht größer als ein Atomdurchmesser, über die Oberfläche geführt wird.


Mikroschalen – Microshells

Innenansicht der Schale einer Flachgerippten Herzmuschel.


Nanostrukturen im reziproken Raum – Nano Structures in Reciprocal Space

Muster, das entsteht, wenn Elektronen von einer drei Atomlagen dicken Schicht aus Germanium auf einem Silizium-Kristall reflektiert werden. Wissenschaftlern gibt das Muster Auskunft über die Oberflächenbeschaffenheit. Die ultradünne Germaniumschicht bildet eine wabenartige Oberflächenstruktur mit einer Periodizität von 4 nm, die als Schablone für die Herstellung von Nanostrukturen verwendet werden kann.


Extra sauber – Extra Clean

Spritzenfilter, Bruchkante mit Maßstab.


Nano-Noblesse – Nano Noblesse

Eine Mischung von atomaren Monolagen aus Gold und Silber auf Silizium führt zu verschiedenen atomaren Anordnungen auf der Oberfläche. Die graue Fläche ist an der Grenze zwischen zwei Bereichen unterschiedlicher atomarer Ordnung (zu erkennen an den unterschiedlichen Richtungen, in die die Spitzen der Dreiecke zeigen.). Das Bild wurde mit einem Rastertunnelmikroskop aufgenommen. In einem Rastertunnelmikroskop wird eine Struktur erforscht, indem eine extrem feine Nadel in einem Abstand, nicht größer als ein Atomdurchmesser, über die Oberfläche geführt wird.


Nano-Funktion – Nano Function

Silber-Nanopartikel funktionalisiert mit Polyvinylpyrrolidon – Kombination von verschiedenen Formen.


Nanodelta – Nano Breakdown

Extrem hohe Stromstärke hat die Kontaktfläche eines Nanodrahtes aus Silber zerstört. Das Silber schmilzt und bildet – einem Flussdelta ähnlich – mäandernde Strukturen aus.


Nano ist mehr als nur klein – Nano = more than small

Drei Tafeln mit Gold in verschiedenen Größen. Von links nach rechts: etwa 10 mm, 10 µm und 10 nm – die Größe reduziert sich also jeweils um den Faktor 1000. Während makroskopisches und mikroskopisches Gold sehr ähnlich aussehen, ändert das nanostrukturierte Gold seine Eigenschaften und erscheint rot statt golden. Dies zeigt, dass Nanomaterialien im Vergleich zu ihren makroskopischen Pendants ungewöhnliche Eigenschaften haben können.

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