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Impressum

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

1 Einführung

1.1 Nanowissenschaften und Nanotechnologie

1.2 Nanowissenschaften sind interdisziplinär

1.3 Nanotechnologie – Heilsbringer oder Risiko?

1.4 Kohlenstoffnanostrukturen

1.5 Der Aufbau dieses Buchs

Literatur

Teil I Nanotechnologie und Nanostrukturen

2 Nanostrukturen

2.1 Definition

2.2 Physik und Chemie im Nanometerbereich

2.2.1 Der Einfluss der Oberfläche

2.2.2 Platzersparnis

2.2.3 Kritische Längen

2.2.4 Quantenmechanik

2.3 Arten von Nanostrukturen

2.4 Vorbilder in der Natur

2.5 Wissen testen

Literatur

3 Herstellung von Nanostrukturen

3.1 Grundlegende Ansätze zur Herstellung von Nanostrukturen

3.2 Top-down-Verfahren

3.2.1 Erzeugung von Nanopartikeln durch Mahlen

3.2.2 Mechanische Oberflächenermüdung

3.2.3 Lithografie und Ätzen

3.3 Irgendwo dazwischen: die weiche Lithografie

3.3.1 Nanokontaktdruck

3.3.2 Weitere auf Stempeln beruhende Verfahren der weichen Lithografie

3.3.3 Dip-Pen-Nanolithografie

3.4 Bottom-up-Verfahren

3.4.1 Selbstassemblierte Systeme und Schichten

3.4.2 Verwendung von Templates

3.4.3 Verwendung von DNA

3.4.4 Prozessführung

3.5 Funktionalisierung

3.5.1 Möglichkeiten zur Funktionalisierung

3.5.2 Verleihung von Funktionalitäten

3.6 Wissen testen

Literatur

4 Charakterisierung von Nanostrukturen

4.1 Kann man Atome sehen?

4.1.1 Das Rayleigh-Kriterium

4.1.2 Reduzierung der Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung

4.1.3 Die Lösung: Teilchenstrahlen

4.2 Elektronenstrahlverfahren

4.2.1 SEM

4.2.2 TEM und HRTEM

4.2.3 TED und EELS

4.3 Charakterisierung mittels Nanosystemen: Rastersondenmikroskopie

4.3.1 Rastertunnelmikroskopie

4.3.2 AFM

4.3.3 Weitere Verfahren

4.4 Makroskopische Verfahren

4.4.1 Raman-Spektroskopie

4.4.2 Weitere spektroskopische Verfahren

4.4.3 Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung

4.4.4 Beugungsverfahren zur Ermittlung der Kristallinität

4.5 Wissen testen

Literatur

Teil II Das Element Kohlenstoff

5 Das Element Kohlenstoff

5.1 Vorkommen

5.1.1 Die Entstehung von Kohlenstoff

5.1.2 Bedeutung als Energieträger

5.1.3 Bedeutung in der Biologie

5.2 Die besondere Chemie des Kohlenstoffs

5.2.1 Hybridisierung

5.2.2 Ring- und Kettenbildung

5.2.3 Polymere

5.2.4 Fremdatome und funktionelle Gruppen

5.3 Wissen testen

Literatur

6 Kohlenstofffestkörpermodifikationen

6.1 Diamant

6.1.1 Vorkommen und Herstellung

6.1.2 Physikalische Eigenschaften

6.1.3 Chemische Eigenschaften

6.1.4 Anwendungen

6.2 Graphit

6.2.1 Struktur

6.2.2 Gewinnung bzw. Herstellung

6.2.3 Physikalische Eigenschaften

6.2.4 Chemische Eigenschaften

6.2.5 Anwendungen

6.3 Weitere Modifikationen

6.3.1 Glaskohlenstoff

6.3.2 Ruß

6.3.3 Amorpher Kohlenstoff

6.4 Wissen testen

Literatur

Teil III Kohlenstoff-Nanostrukturen

7 Punktförmige Kohlenstoffnanostrukturen: Fullerene

7.1 Entdeckung

7.2 Struktur

7.2.1 Die große Varietät der Fullerene

7.2.2 C60 und C70

7.2.3 Nomenklatur

7.3 Fullerite

7.4 Fullerene mit Fremdatomen

7.4.1 Heterofullerene

7.4.2 Endohedrale Komplexe

7.5 Herstellung

7.5.1 Laserablation

7.5.2 Thermische Zersetzung

7.5.3 Vakuum-Bogenentladung

7.5.4 Pyrolyse

7.5.5 Verbrennungsverfahren

7.5.6 Vergleich der Verfahren

7.6 Weiterverarbeitung

7.6.1 Reinigung und Anreicherung

7.6.2 Funktionalisierung

7.6.3 Polymerisation

7.7 Eigenschaften von Fullerenen

7.7.1 Chemische Eigenschaften

7.7.2 Mechanische Eigenschaften

7.7.3 Optische Eigenschaften

7.8 Anwendungen

7.8.1 Wasserstoffspeicherung

7.8.2 Härtung von Materialien

7.8.3 Medizin

7.9 Wissen testen

Literatur

8 Eindimensionale Kohlenstoffnanostrukturen: Nanoröhrchen

8.1 Entdeckung

8.2 Beschreibung, Klassifizierung und Nomenklatur

8.2.1 Armchair-, Zigzag- und chirale Röhrchen

8.2.2 Singlewall- and Multiwall-Röhrchen

8.2.3 Die Enden der Nanoröhrchen

8.2.4 Spezielle Arten von CNTs

8.2.5 Nanoröhrchen mit Fremdatomen

8.2.6 Nanoröhrchen aus anderen Materialien

8.3 Herstellung

8.3.1 Physikalische Verfahren

8.3.2 CVD-Verfahren

8.3.3 Ein spezielles Beispiel: das HiPCO-Verfahren

8.3.4 Zusammenfassender Vergleich

8.3.5 Reinigung, Trennung und Aufbereitung

8.3.6 CNT-Bündel, -Fasern und -Filme

8.4 Eigenschaften

8.4.1 Mechanische Eigenschaften

8.4.2 Elektrische und elektronische Eigenschaften

8.4.3 Thermische Eigenschaften

8.4.4 Chemische Eigenschaften

8.5 Anwendungen

8.5.1 Nanoverbundwerkstoffe

8.5.2 Anwendungen in elektronischen Bauelementen

8.5.3 Feldemission

8.5.4 Sensoren

8.5.5 Anwendung von CNTs in der Medizin

8.5.6 Weitere Anwendungen

8.5.7 Gegenwärtige Probleme

8.6 Wissen testen

Literatur

9 Zweidimensionale Kohlenstoffnanostrukturen: Graphen

9.1 Entdeckung

9.2 Struktur

9.3 Herstellung

9.3.1 Ablöseverfahren

9.3.2 CVD-Verfahren

9.3.3 Direktes epitaktisches Wachstum durch Segregation

9.3.4 Transfer auf geeignete Substrate

9.3.5 Graphenwachstum auf SiC

9.3.6 Reduktion von Graphenoxid

9.4 Eigenschaften

9.4.1 Mechanische Eigenschaften

9.4.2 Elektrische und elektronische Eigenschaften

9.4.3 Thermische Eigenschaften

9.4.4 Optische Eigenschaften

9.4.5 Chemische Eigenschaften

9.4.6 Weitere Eigenschaften

9.5 Anwendungen

9.5.1 Graphentransistor

9.5.2 Chemische Sensoren und Biosensoren

9.5.3 Nanoverbundwerkstoffe

9.6 Wissen testen

Literatur

10 Dreidimensionale Kohlenstoffnanostrukturen

10.1 Kohlenstoffnanozwiebeln

10.1.1 Struktur

10.1.2 Herstellung

10.1.3 Eigenschaften

10.1.4 Anwendungen

10.2 Kohlenstoffnanohörner

10.3 Weitere graphitische dreidimensionale Kohlenstoffnanostrukturen

10.4 Zusammenfassung: graphitähnliche dreidimensionale Kohlenstoffnanostrukturen

10.5 Diamantnanopartikel

10.5.1 Herstellungsverfahren

10.5.2 Struktur, Aufbereitung und Funktionalisierung

10.5.3 Anwendungen

10.6 Nano- und ultrananokristalline Diamantschichten

10.7 Diamantnanosäulen und Nanostäbe

10.8 Wissen testen

Literatur

11 Verwandte Nanostrukturen aus anderen Elementen

11.1 Bornitrid

11.1.1 Herstellung von BN

11.1.2 Eigenschaften von BN

11.1.3 BN-Nanostrukturen

11.1.4 BN-Nanoröhrchen

11.1.5 Weitere BN-Nanostrukturen

11.2 Silizium

11.2.1 Siliziumnanodrähte

11.2.2 Siliziumquantenpunkte

11.2.3 Mesoporöse SiO2-Nanoteilchen

11.3 Wissen testen

Literatur

Richtig gelöst

Stichwortverzeichnis

EULA