Schönen guten Abend, meine Damen und Herren. Nanowerkstoffe sind Werkstoffe mit Strukturen im

Nanometerbereich. Das heißt, wir haben Werkstoffe, die haben Strukturen, die sind nur ein

Milliardstel Meter groß, also extrem kleine Strukturen. Wir kennen inzwischen eine ganze

Menge von solchen Werkstoffen. Das sind alles Werkstoffe mit wirklich faszinierenden neuen

Eigenschaften. Ich kann Ihnen in meinem Vortrag natürlich nur einige Aspekte dieser neuen

Werkstoffe vorstellen. Ich möchte in meinem Vortrag den Bogen von der Struktur dieser Werkstoffe

hin zu den mechanischen Eigenschaften spannen. Die Materie ist natürlich aus Atomen aufgebaut,

wie wir alle wissen. Die Atome bestimmen natürlich die chemischen Eigenschaften und auch die

Werkstoffeigenschaften. Die Atome sind in einem Festkörper natürlich nicht regellos verteilt,

sondern sie sind ganz regelmäßig angeordnet. Das können wir hier so ganz schön an einer

Elementarzelle von so einem Werkstoff verdeutlichen, wo eben jetzt die Atome ganz bestimmte Positionen

einnehmen, hier am Beispiel einer kubisch-schlechenzentrierten Elementarzelle. Ein Werkstoff ist natürlich

nicht aus einer Elementarzelle aufgebaut, sondern in einem Werkstoff oder in einem

Kristall sind ganz viele dieser Elementarzellen nebeneinander angedeutet, wie eben diese kleine

Animation gezeigt hat. Jetzt sehen wir aber, in diesem gesamten Kristall, den wir jetzt hier

haben, sind die Atome immer noch ganz regelmäßig nebeneinander angeordnet. Das heißt, wir haben

noch eigentlich überhaupt keine Struktur außer der atomaren Struktur in diesem Werkstoff eingeführt.

Aber in den meisten Werkstoffen endet auch eben diese einkristalline Struktur und die wird unterbrochen

durch Korngrenzen in unserem Material. Das heißt, wir haben in den meisten Materialien und Werkstoffen

nur so kleine Bereiche, in denen wirklich die Atome in dieser ganz regelmäßigen Anordnung

angeordnet sind. Und dann finden wir eben in einem Polykristall viele solcher kleinen Kristallite,

die insgesamt dann unser Material bilden. Und was hier die Grenzen zwischen diesen Kristalliten sind,

das sind Korngrenzen in unserem Material. Und Korngrenzen sind natürlich Stellen, wo wir

besondere Spannungen haben. Das heißt, Korngrenzen können oftmals Rissbildung verursachen und auch

einen Bruch von Materialien auslösen. Jetzt können wir natürlich diese Korngröße dieser

Materialien verändern. Und typischerweise haben wir in einem Werkstoff ein Polykristall vorliegen,

dann ist das irgendwie im Mikrometerbereich. Aber machen wir diese einzelnen Kristallite ganz

extrem klein, in den Nanometerbereich bekommen wir ein Nanokristallinematerial. Und der Begriff

Nano kommt aus dem griechischen heißt Zwerg. Das heißt, wir haben im Grunde ganz winzige

Zwergenkristalle in unserem Material drin. Und damit haben wir schon Nanokristallinematerialien

im Grunde eingeführt. Reduzierung der Kristallitgröße in den Nanometerbereich, das ist ganz wesentlich.

Und gleichzeitig muss eben die Grenzflächenenergie, die diese Grenzflächen bilden, auch niedrig sein,

um eben wirklich einen stabilen Werkstoff bilden zu können. Das heißt, wir haben jetzt ein

Strukturelement von Werkstoffen kennengelernt. Und jetzt gucken wir mal, gibt es andere, auch

andere Strukturelemente in einem Werkstoff. Und wir lernen heute viel von der Natur. Wir gucken

uns an, wie ist ein biologischer Werkstoff aufgebaut. Denn biologische Materialien sind

sicherlich sehr gut optimierte Materialien. Und deswegen macht es Sinn, sich auch die

Strukturen in biologischen Materialien anzuschauen. Und auf dieser Folie ist das mal erläutert mit so

einer Skala von verschiedenen Größen. Wir starten von einem Meter bis zu 0,1 Nanometer. Das heißt,

jeder kleine Strich überbrückt zwei Größenordnungen. Das heißt, insgesamt überbrückt

dieser Skala zehn Größenordnungen in unserem Material. Und wir gucken uns das an am Beispiel

eines menschlichen Wirbelknochens. Ein menschlicher Wirbelknochen besteht im Inneren aus einer

schaumartigen Struktur. Und diese schaumartige Struktur nennen wir Spongiosa. Und die besteht

wiederum aus Trabekeln, die miteinander versetzt sind, harte Bereiche. Und diese Trabeke wiederum

bestehen aus einer lamellaren Struktur. Und die lamellare Struktur besteht aus Kollagenfibrillen.

Und diese Kollagenfibrillen bestehen aus Nanoteilchen oder aus Nanopartikeln. Und Sie sehen,

wir finden in so einem Knochen, also ein typisches biologisches Material, nicht eine Struktur,

sondern wir finden auf jeder Größenebene, deswegen hier der Zahlenskal dazu, Strukturelemente. Und

diese Strukturelemente sind sicherlich wichtig für diese guten Eigenschaften des Knochens unter

mechanischen Belastungen. Und das ist sicherlich ein Kennzeichen für einen gut optimierten