Nanomaterial ist aus vielen Branchen nicht mehr wegzudenken. Besonders vielseitig einsetzbar sind dabei Nanomaterialien auf Metallbasis. Was Sie hierzu unbedingt wissen sollten, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Was versteht man unter Nanomaterial?

Um Informationen rund um das Thema Nanomaterial richtig einordnen zu können, ist zunächst eine grundlegende Definition entscheidend. In der Regel werden Stoffe, deren Einzelteile in einer oder mehreren Dimensionen nicht mehr als 100 Nanometer messen, als Nanomaterial bezeichnet. Andere Definitionen weiten den Rahmen bis auf 1.000 Nanometer auf. Eine internationale einheitliche Einigung ist bis heute nicht erfolgt.

Nanomaterial wird dabei nicht nur synthetisch hergestellt (meistens in Pulverform/Nanopartikel). Auch in der Natur kommen natürliche Nanomaterialien vor. So erfüllen beispielsweise die feinen Spinnweben oder auch Korallenstrukturen diese Kriterien. Für die Industrie sind aber natürlich die synthetischen Nanomaterialien von besonderer Bedeutung.

Fakt 1: Nanomaterialien können auf diversen Metallen basieren

Grundsätzlich lassen sich Nanopartikel aus jedem Ausgangsstoff herstellen – vorausgesetzt, die richtige Technologie liegt vor. Amerikanische Wissenschaftler schafften es zum Beispiel, das erste Mal einen Wassertropfen aus Nanopartikeln zu erzeugen. Besonders gängig sind bisher aber vor allem Nanomaterialien auf Kohlenstoff- oder Metallbasis.

Die Liste der möglichen Metalle ist dabei groß. Sowohl reine Metalle als auch Metallverbindungen wie Oxide oder Sulfide können problemlos verarbeitet werden. Zu den gängigen Materialien gehören zum Beispiel:

  • Aluminiumoxid
  • Eisen
  • Eisenoxid
  • Gold
  • Silber
  • Siliziumdioxid
  • Titandioxid
  • Wolframoxid
  • Zinkoxid

Fakt 2: Nanomaterialien sind vielfältig einsetzbar

So unterschiedlich wie die Ausgangsstoffe sind entsprechend auch die Einsatzmöglichkeiten von Nanomaterialien. Die feinen Teilchen haben in den letzten Jahrzehnten in immer mehr Bereichen Einzug gehalten – Eisenoxide werden zum Beispiel bereits seit über 50 Jahren als Nanomaterial hergestellt und verwendet. Und die Wissenschaft forscht an weiteren nützlichen Anwendungen.

Beispielhafte Einsatzbereiche für Nanopartikel sind unter anderem:

Ausgangsstoff Einsatzbereich
AluminiumoxidSchleifmittel, Pharmaindustrie (Mittel gegen Sodbrennen), Keramiken
Eisen(oxid)Farben/Lacke, elektronische Datenspeicher
GoldSchmuck, Kirchenfenster, Lebensmittelindustrie, Mode
Kupfer(oxide)Kabel, Münzen, Biozide, Textilien
SilberFarben/Lacke, Medizinbereich (Pflaster/Wundverbände), Hautpflegeprodukte, Elektroindustrie
SiliziumoxidFarben/Lacke, Lebensmittel/Nahrungsergänzungsmittel
TitandioxidSonnencreme, Farben/Lacke, Kacheln/Fliesen, Solarzellen
WolframcarbidWerkzeuge, Hartmetallherstellung, Schmuck, Keramiken
ZinkoxidGummi, Zement, Kosmetik/Hautpflege, Katalysator in der chemischen Industrie

Fakt 3: Die feinen Teilchen haben besondere Eigenschaften

Nanomaterialien unterscheiden sich in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften zum Teil deutlich von Festkörpern und größeren Partikeln. Das macht sie so interessant für die unterschiedlichsten Zwecke. Spezielle Eigenschaften von Nanoteilchen sind zum Beispiel:

  • höhere chemische Reaktivität
  • größere biologische Aktivität
  • stärkeres katalytisches Verhalten
  • geringerer Einfluss von Massenkräften

Grund für diese Veränderungen im Vergleich mit gröberen Teilchen ist vor allem die Oberfläche. Nanoteilchen besitzen eine große Oberfläche bei einer äußerst geringen Masse. Dadurch entsteht eine deutlich höhere Oberflächenladung, die die biologische und chemische Aktivität beeinflusst.

Fakt 4: Mit der richtigen Handhabung sind Nanomaterialien sicher

Wie aus der Tabelle mit den Einsatzbereichen hervorgeht, begegnen Endverbraucher Nanomaterialien in den meisten Fällen in gebundener Form.

In den letzten Jahren haben die Bundesbehörden Konzepte entwickelt, die den Umgang mit Nanomaterialien einheitlich regeln. Hinsichtlich der Arbeitssicherheit hat die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) gemeinsam mit dem Verband der Chemischen Industrie (VCI) einen Leitfaden für Tätigkeiten mit Nanomaterialien am Arbeitsplatz erstellt. Für Nanomaterialien, die in direktem Kontakt mit den Menschen stehen, z.B. bei dem Einsatz als Wundabdeckung, für Kosmetika oder bei Lebensmitteln, existieren besondere Branchenstandards. Sie durchlaufen zahlreiche Tests zur Untersuchung der Gefährlichkeit, bevor sie offiziell für diese Anwendungen zugelassen werden. Deshalb sind Nanomaterialien bislang als weitgehend sicher eingestuft, auch wenn noch keine Daten aus Langzeitstudien ausgewertet werden konnten.

Natürlich gilt dennoch: Ein Restrisiko kann nicht vollständig ausgeschlossen werden, besonders bei Körperkontakt mit diesen Materialien. Bei der Herstellung und Verarbeiten des Nanomaterials hat daher der besondere Schutz oberste Priorität. Das Einatmen der feinsten Stäube sollte möglichst vermieden werden – unabhängig davon, ob das Material an sich gesundheitsschädlich ist. Daher sind zur Verarbeitung nur explizit geeignete Räume, Maschinen und Lagermöglichkeiten zu nutzen. Spezielle Detektionssysteme schlagen rechtzeitig Alarm, wenn die Konzentration an Nanopartikeln in der Luft ansteigt oder kritische Grenzwerte (z.B. hohe Temperatur bei Entflammbarkeit) erreicht werden.

Übrigens: Viele Nanomaterialien basierend auf Metall, z.B. Silber, Gold oder Wolfram, sind im Körper eher inert oder besitzen antibakterielle Eigenschaften!

Wer die Fakten kennt, kann profitieren

Ob als Lichtschutzfaktor in der Sonnencreme, als Farbgeber in Farben und Lacken oder zur Herstellung von besonders widerstandsfähigen Werkzeugen: Nanomaterialien auf Metallbasis erfüllen viele Anforderungen, die uns im Alltag und der Industrie begegnen. Chancen und Risiken bieten sie gleichermaßen. Wer Nanopartikel als zukunftsfähiges Material nutzen will, ist deshalb mit sicherheitsbewusstem Umgang gut beraten. So können Sie alle einzigartigen Eigenschaften ausschöpfen und zu Ihrem Vorteil nutzen – zum Beispiel, um Ihren Bauteilen mit Verstärkung an der richtigen Stelle zu erhöhter Festigkeit zu verhelfen. Sind Sie bereit?