Funktionspolymere und Chemische Nanotechnologie

Funktionspolymere und Nanotechnologie
Spezialvorlesung WS 2010/2011
Prof. Dr. Rolf Mülhaupt
1. Meilensteine der Nanotechnologie
Definitionen, Chronologie, Moore’s Law, Natur, Biomimetik, NanoBioTech,
Nanotoxikologie (Wie gefährlich ist Nano?)
2. Charakterisierung von Nanostrukturen
2.1 Röntgenmethoden (WAXS, SAXS)
2.2 Oberflächenanalytik (XPS, AES, ESCA, EXAF, SIMS)
2.3 Mikroskopie (Lichtmikroskopie, Konfokale Lasermikroskopie, TEM, EELS,
EDX, EDS, AFM, STM, SNOM) und Tomographie
2.4 Partikelgrössenbestimmung (Sieben, Videomikroskopie, Ultrazentrifuge,
Streumethoden)
3. Nano-und Mikrostrukturtechnik
3.1 Selbstorganisation (Kolloide, Langmuir-Blodgett-Filme, Self-Assembling
Monolayers (SAM), Polyelektrolyt-Multischichten, Supramolekulare Chemie
und Modulare Chemie)
3.2 Blockcopolymere/Tenside und „Nano-Templating“
3.3 (Ultra)dünne Schichten (Spin Coating, Sputtern, CVD, Plasma,
Molekularstrahlepitaxie – MBE)
3.4Konventionelle Mikrostrukturtechnik: Mikroabformung, Laserbearbeitung,
LIGA, 3D-MID, Lithographie (Photo-, Elektronenstrahl-, RöntgenLithographie, Fotolacke für die Mikroelektronik)
3.5Nanolithographie/Soft-Lithographie (Microcontact Printing, „Dip-Pen“Nanolithographie, Molekulares Prägen -„Molecular Imprinting“)
3.6 Anisotrope Nanopartikel: Nanostäbchen, Nanodrähte und Nanoröhren
4. Polymernanopartikel, Dispersionen, Beschichtungen und Nanoschäume
4.1 Tenside und Klassifizierung in Natur und Technik
4.2 Makro-, Mikro- und Miniemulsionen
4.3 Polymerdispersionen: Farben, Lacke, Klebstoffe
4.4 Lackchemie: Thixotropie, kratzfeste Lacke
4.5 Selbstreinigende Oberflächen (Lotus-Effekt)
4.6 Nanoschäume und Wärmedämmung
5. Metallnanopartikel und polymere Metall-Nanocomposite:
5.1 Beispiele (Ag-Nanopartikel als Mikrobiozide,Katalysatoren)
6. Anorganische Metalloxid- & Silikat-Nanopartikel für polymere
Nanocomposite
6.1 Grundlagen
6.2 Zinkoxid für UV-Schutz und Titanoxid für Photokatalyse
6.3 Aluminiumoxide und Böhmite (SASOL-Verfahren)
6.4 Silicate, Evonik-Flammenprozess(Aerosile), Sol/Gel (Stöber-Verfahren und
Ormocere), molekulare Silicate (POSS)
6.5 Organophile Schichtsilikate und Hydrotaclite
7. Kohlenstoff-Nanosysteme und polymere Nanocomposite
7.1 Russ-Nanofüllstoffe und Kautschuke
7.2 Perkolation und leitfähiger Russ
7.3 Fullerene und Solarzellen
7.4 Kohlenstoff-„Nanotubes“ (CNT, MWCNT)
7.5 Graphene
8. Nanofasern und Nano-Textilien
8.1 Nanofasergewebe und Electrospinnverfahren
8.2 Nano und Textilien: Nano-Dry, Nano-Touch, Nano-Care, Nano-Pel
9. Nanomoleküle, Nanokapseln und Nanospeicher
9.1 Enkapsulierverfahren: Koazervation,Polyelektrolyt-Kapseln
9.2 Nanomoleküle als molekulare Container und Träger: Dendrimere und
hyperverzweigte Makromoleküle
9.3 MOF (Metal Organic Framework)
10. Nanokristalline Materialien und magnetische Nanopartikel
10.1 Vom Supermagneten bis zur schlagzähen Keramik
10.2 Magnetische Nanopartikel für „Bond-on-Command“ und Chemotherapie
11. Polymere und Elektronik
11.1 Grundlagen (Dielectrica, Ferroelectrica, Quanteneffekte)
11.2 Konventionelle Elektronik: Leiterplatte, Integrierte Schaltung,
Mikroelektronik, RAM-Speicher, 3D-MID:Leiterplatten im Spritzguss)
11.3 Optische Datenträger (CD-ROM, CVD, Holographie)
11.4 AFM-basierende Datenspeichertechnik (Millipede Concept)
11.5 Display Technologie (LC, LED, Plasma, Elektronisches Papier)
11.6 Flexible Leiterplatten und gedruckte Polymerelektronik
12. Membrantechnik
12.1 Trennprinzipien
12.2 Asymmetrische Membranen
12.3 Anwendungen: Wasserentsalzung, Gastrennung, Pervaporation
13. Smart Materials
Literatur: N. Wilson. K. Kannangara, G. Smith, M. Simmens, B. Raguse “Nanotechnology –
basic sciences and emerging technologies”, Chapman & Hall/CRC, Boca Raton 2002