Was sind Nanomaterialien?

Am 18. Oktober 2011 wurde von der EU-Kommission Nanomaterial folgendermaßen definiert:

Ein natürliches, bei Prozessen anfallendes oder hergestelltes Material, das Partikel in ungebundenem Zustand, als Aggregat oder als Agglomerat enthält, und bei dem mindestens 50 Prozent der Partikel in der Anzahlgrößenverteilung ein oder mehrere Außenmaße im Bereich von 1 nm bis 100 nm haben.

In speziellen Fällen sind auch Abweichungen dieser Vorgaben vorgesehen (siehe Definition im Original). 

 

Je nachdem in wie vielen Dimensionen Nanomaterialien kleiner 100nm sind, unterscheidet man aufgrund der resultierenden Form: 

  • Nanopartikel (in drei Dimensionen kleiner 100 nm): Sonderformen: kugelige, ellipsoide, würfelige, hohle, beschichtete Partikel, etc.
  • Nanostäbchen/Nanodrähte und Nanoröhrchen (in zwei Dimensionen kleiner als 100 nm): Während Nanostäbchen und Nanodrähte massiv sind, sind Nanoröhrchen innen hohl.
  • Nanoplättchen und -beschichtungen (in einer Dimension kleiner als 100 nm)

Für ihre geänderten Eigenschaften gegenüber der Nichtnanoform eines Stoffes spielt etwa das erhöhte Oberflächen zu Volumen-Verhältnis eine große Rolle, da die Nanomaterialien dadurch in der Regel reaktiver werden: Ein Gramm Kohlenstoffnanoröhrchen kann z.B. eine Oberfläche von mehr als 1.000m2 besitzen. Da chemische Reaktionen an Grenzflächen der Reaktionspartner ablaufen, ist eine große Oberfläche für Reaktionen von Vorteil; sie begünstigt die Geschwindigkeit und den Umsatz. Je kleiner die Teilchen werden, umso größer wird wird ihr Oberflächen-zu-Volumen-(bzw. Oberflächen-zu-Massen)-Verhältnis. Ein Beispiel dafür ist, dass das einige Metalle an Luft bei Raumtemperatur beständig sind, während sie sich als Nanopartikel unter den selben Bedingungen selbst entzünden und brennen können.

 

Auch die Form (etwa rund oder nadelförmig), die Oberflächenladung oder ob die Partikel noch mit anderen Stoffen oder Verbindungen umhüllt (= "Coating") sind, ist von großer Bedeutung: Durch ein Coating können etwa Nanopartikel, die vorher wasseranziehend waren, wasserabweisend werden.