Was sind Nanopartikel?
Ein Nanopartikel ist ein ultrafeines Partikel mit mindestens einer Dimension zwischen 1 und 100 Nanometern (nm). Ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter. Die untere Größengrenze hilft dabei, ein Teilchen von zufälligen Atomclustern zu unterscheiden. Die Obergrenze ist die größte, bei der sich normalerweise größenbedingte Eigenschaftsunterschiede bemerkbar machen.
Diese Definition ist weit verbreitet, wenn auch etwas willkürlich. Es wurden Hinweise auf Nanopartikel mit Größen außerhalb des Bereichs von 1 bis 100 nm veröffentlicht. Was solche Partikel für Wissenschaftler interessant macht, sind die einzigartigen Materialeigenschaften, die sich manchmal aus ihrer Größe ergeben. Wenn Partikel solche Eigenschaften aufweisen, werden sie wahrscheinlich als Nanopartikel betrachtet, selbst wenn sie nicht genau in den definierten Größenbereich passen.
Es ist nicht unbedingt der Fall, dass ein Nanopartikel Eigenschaftsunterschiede zu größeren Instanzen desselben Materials aufweist. In diesem Fall können die Eigenschaftsunterschiede auf Quanteneffekte zurückzuführen sein. Es stimmt auch, dass Partikel eines Materials im Nanomaßstab eine im Vergleich zu ihrem Volumen relativ größere Oberfläche haben. Die proportional größere freiliegende Oberfläche kann Nanopartikel chemisch viel aktiver machen. Dies kann eine weitere Ursache für ihre unerwarteten Eigenschaften sein.
Ein Quantenpunkt ist ein Halbleiternanopartikel mit einem Durchmesser von 1 bis 20 nm. Seine Struktur ist im Wesentlichen dieselbe wie bei größeren Halbleitern. Die elektronischen Eigenschaften können jedoch sehr unterschiedlich sein. Diese Eigenschaften sind das Ergebnis des Quantengrößeneffekts. Wenn sich die physikalische Größe der Wellenlänge eines Elektrons nähert, kann das Verhältnis zwischen Spannung und Leitfähigkeit anders sein als in größeren Maßstäben.
Gold und Silber sind in großen Mengen relativ inert. Im Nanobereich zeigen sie jedoch einzigartige katalytische Eigenschaften. Beispielsweise sind Silbernanopartikel ein wirksames Antibiotikum. Goldnanopartikel haben sich als wirksam erwiesen, um flüchtige organische Verbindungen auch bei Raumtemperatur aus der Atmosphäre zu entfernen.
Die Nanotechnologie befasst sich mit der Nutzung der einzigartigen Eigenschaften dieser ultrafeinen Partikel, um Systeme zu entwickeln, die auf molekularer oder atomarer Ebene funktionieren. Die besonderen Eigenschaften der Partikel werden in der Computertechnik, Medizin und Umwelttechnik als potenziell angesehen. Sie können auch die Bausteine für komplexe Geräte bilden, die für den Betrieb auf mikroskopischer Ebene ausgelegt sind.
Es wurden Bedenken hinsichtlich der Exposition des Menschen gegenüber Nanopartikeln geäußert. Tierversuche haben gezeigt, dass einige Arten von Nanopartikeln beim Einatmen das Gehirn und andere Organe erreichen können. Auch über Entzündungen und Fibrosen in der Lunge wurde berichtet. Explosion und Feuer am Arbeitsplatz haben sich jedoch als die Hauptgefahren dieser Partikel erwiesen.