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Der zweigeteilte Band 3 des vierteiligen Lehrbuchs vermittelt weitere Materialien und Systeme sowie analytische Methoden und Verfahren in der Nanostrukturforschung und der Nanotechnologie. Dabei wird theoretischen und experimentellen Ansätzen sowie dem interdisziplinären Charakter des Gesamtgebiets gleichermaßen Rechnung getragen. Basierend auf etablierten Erkenntnissen aus den jeweils relevanten natur- und ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen liegt der Fokus des Lehrbuchs auf den aktuellsten Ergebnissen aus Forschung, Entwicklung und auch Anwendung. Sehr ausführliche Behandlung struktureller, mechanischer, elektronischer, magnetischer, optischer, chemischer und biologischer Eigenschaften von Nanopartikeln. Herstellung und Anwendungen von Nanopartikeln der unterschiedlichsten Materialien. Grundlagen der zwei-, ein- und nulldimensionalen Materialsysteme. Unterschiedlichste monoatomare Schichten und ihre elektronischen Eigenschaften. Quantendrähte und Quantenpunkte und ihre Anwendungen in Elektronik und Optoelektronik. Metamaterialien und ihre spektakulären Eigenschaften. Superlinsen und photonische Kristalle.

Written by an international team of editors and contributors from renowned universities and institutes, this book addresses the latest research in the field of nanobiomaterials, covering nanotechnologies for their fabrication, developments in biomedical applications, and the challenges of biosafety in clinic uses. Clearly structured, the volume defines the scope and classification of the field, resulting in a broad overview from fundamental principles to current technological advances, and from materials synthesis to biomedical applications along with future trends.

Normative Vorgaben des Völkerrechts, des europäischen Primärrechts und des Stoffrechts der Europäischen Union (REACH und CLP) fordern ein hohes Schutzniveau für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Nanomaterialien stellen besondere Herausforderungen an diesen Schutzauftrag, weil deren Risikomanagement durch eine strukturelle Ungewissheit gehemmt ist. Die Arbeit untersucht zunächst die Frage, ob das Stoffrecht hinreichende Anreize setzt, so dass Hersteller und Importeure von Nanomaterialien das normativ angestrebte hohe Schutzniveau sicherstellen. Der durch das Stoffrecht geschaffene Kontext mit allen seinen rechtlichen, marktvermittelten und sonstigen Impulsen stellt dabei den Untersuchungsrahmen zur Verfügung; die spezifische Anreizsituation der Akteure, die Nanomaterialien im EWR herstellen oder in diesen einführen, bilden den Betrachtungsgegenstand. Auf der Basis identifizierter Hemmnisse und fehlender Anreize lassen sich sodann in einem zweiten Schritt Gestaltungsalternativen ausarbeiten, um den Handlungskontext der Akteure in Richtung der normativen Zielsetzung sowie i. S. e. responsiven Regulierung weiterzuentwickeln.

Vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen steigt die Bedeutung nanoskaliger Materialien. Dünnere Schichten mit weniger Materialverbrauch, neue Eigenschaften durch Skaleneffekte im Nanometerbereich und kleinere Leiterbahnen reduzieren nicht nur den Energie- und Materialverbrauch, sondern minimieren auch die Entsorgung. In der pharmazeutischen Forschung geht nach der Entwicklung und Entdeckung neuer Wirkstoffe und deren direkter Rezeptoren im Körper der Weg hin zu einer gesamtheitlicheren Betrachtung, die auch den Wirkstoffweg im Körper berücksichtigt: Die Darreichungsform gewinnt große Bedeutung. Nanoskalige Container sollen hier die Wirkung bei reduziertem Wirkstoffeinsatz maximieren, um damit idealerweise Nebenwirkungen zu minimieren. Die Herstellung neuer nanoskaliger Hohlkugelmaterialien für den Einsatz als Wirkstofftransporter wird hier vorgestellt. Die neuen mit Doxorubicin gefüllten nanoskaligen Gadolinium- und Magnesiumcarbonat-Hohlkugeln zeigen in Zelltests gute Ergebnisse. In der Arbeit werden neben neuen Synthesen und Materialien knapp und präzise die zahlreichen relevanten Analysetechniken erklärt.

'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.

Die fluorolytische Sol-Gel-Synthese führt zu einer neuen Klasse fluoridischer Nano-Materialien. Diese weisen ungewöhnliche Eigenschaften auf. High surface-Aluminiumfluorid ist beispielsweise eine der stärksten, bekannten festen Lewis-Säuren – ein „High Potential“ für die heterogene Katalyse. Die Aufklärung lokaler Strukturen ist für das Verständnis der außergewöhnlichen Eigenschaften essentiell und daher Gegenstand einer Vielzahl aktueller Arbeiten. In diesem Buch werden neben Untersuchungen, die zu einem besseren Verständnis mechanistischer Aspekte der „Sol-Gel Chemie mit Fluor“ beitragen, Ergebnisse vorgestellt, die eine genaue Ableitung von verlässlichen Strukturmodellen katalytisch aktiver Fluoride und deren Vorstufen gestatten. Hervorzuheben sind unter anderem: (a) Die Ableitung von bisher nicht beschriebenen Trendanalysen. Diese korrelieren die beobachtbaren chemischen Verschiebungen mit dem Fluorierungsgrad. Es können somit erstmals mittlere Koordinationen und die Al:F Zusammensetzungen verwandter Verbindungen einfach über die NMR bestimmt werden. (b) Die Entwicklung des Betriebs einer MAS-Pneumatik-Einheit mittels Stickstoff-Generator und die Neu-Entwicklung von Insertsystemen für MAS NMR-Rotoren. So sind nicht nur MAS NMR-Experimente mit viskosen Gelen möglich, es können auch Tieftemperaturexperimente bei Temperaturen kleiner 150 K durchgeführt werden. Mit den Methoden der Festkörper MAS NMR werden zusätzlich eine Reihe bekannter und neuer kristalliner Referenzsysteme untersucht, Veränderungen lokaler Strukturen während der Fluorolyse verfolgt und strukturelle Einheiten katalytisch aktiver, nanoskopischer Aluminiumfluoride und deren Vorläufer identifiziert.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Niedertemperatur Sol-Gel Verfahren zur Beschichtung von Silizium und Edelstahl mit Aluminiumhydroxidfluoriden und reinen Aluminiumfluoriden entwickelt. Diese Schichten wurden auf ihre Verwendbarkeit in der Katalyse, aber auch auf ihre optischen Eigenschaften hin untersucht. Die mit Hilfe eines neuartigen fluorolytischen Sol-Gel Verfahrens und mit der spin und dip coating Technik hergestellten Schichten auf Silizium und Edelstahl wurden mit der Rasterkraftmikroskopie auf ihre morphologische Struktur, mit der Photoelektronenspektroskopie auf ihre chemische Zusammensetzung und mit der Ellipsometrie auf ihre optischen Eigenschaften und die Schichtdicke untersucht. Die Schichten wurden auf ihre katalytischen Eigenschaften in der Dismutierungsreaktion von R22 hin untersucht. Hierbei wurde die Photoelektronenspektroskopie eingesetzt, um Veränderungen in der Zusammensetzung zu dokumentieren. Das Verhältnis zwischen dem Edukt und den Produkten und damit die Aktivität der Schichten wurde mit Hilfe der Gaschromatographie bestimmt. Es musste zusätzlich eine in situ Kammer für die Katalyseexperimente in Kombination mit der Photoelektronenspektroskopie konzipiert und angefertigt werden, da die katalytisch aktive Spezies luft- und feuchtigkeitsempfindlich sein könnte. Die katalytische Aktivität der Aluminiumhydroxidfluoride und der Schichten sind dabei vergleichbar. HS-AlF3 besitzt erwartungsgemäß eine höhere katalytische Aktivität. Um eine qualitative Aussage über die Lage sowohl der Bindungsenergie der Photoelektronen als auch der kinetischen Energie der Augerelektronen und dem daraus resultierenden modifizierten Augerparameter a'treffen zu können, wurde eine umfangreiche Referenzsubstanzdatenbibliothek angefertigt. Mit Hilfe des Wagnerplots konnte gezeigt werden, dass egal welche Precursoren mit R22 nachfluoriert wurden, ein den reinen Aluminiumfluoridphasen sehr ähnliches Produkt entsteht. Die auf Siliziumsubstrat abgeschiedenen Schichten konnten sowohl vor als auch nach der Nachfluorierung mit der Photoelektronenspektroskopie und ellipsometrisch untersucht werden. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Nachbehandlung der Schichten mit R22 bei 300 °C zerstörungsfrei möglich ist.

Nanotechnology is widely regarded as one of the twenty-first century's key technologies, and its economic importance is sharply on the rise. In architecture and the construction industry it has potentials that are already usable today, especially the coating of surfaces to lend them functional characteristics such as increased tensile strength, self-cleaning capacity, fire resistance, and others. Additives based on nanomaterials make common materials lighter, more permeable, and more resistant to wear. Nanomaterials are not only extremely useful for roofs and facades; they also expand design possibilities for interior and exterior rooms and spaces. Nano–insulating materials open up new possibilities for ecologically oriented architects.In this book, with a foreword by nobel prize winner Harold Kroto, architects, interior designers and designers will find an introduction to the scientific background specifically tailored to their needs, a critical discussion of the advantages and limits of the technology, and above all a comprehensive presentation of sixteen characteristics and functions of nanomaterials that are specially relevant for building and design, illustrated by numerous international project examples.Dipl.-Ing. interior designer BDIA Sylvia Leydecker is a practicing interior designer with her own firm in Cologne, 100% Interior. She represents the BDIA (Bund Deutscher Innenarchitekten, or Union of German Interior Architects/Designers) on the Architektenkammer Nordrhein-Westfalen (Chamber of Architects of North Rhine-Westphalia), serves as an instructor for a number of Architektenkammer academies, and is a member of the Kompetenzzentrum Nanotechnologie CC-NanoChem (Competence Center for Chemical Nanotechnology, or CC-NanoChem) and the Institute of Nanotechnology, or IoN, in Scotland. Numerous lectures and journal publications on the subject of nanotechnology in architecture, interior design, and design.