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Globales Kompetenznetzwerk
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Innovationsmotor für viele Branchen
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Kooperationen
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Nanotechnologie bei BASF |
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Nanotechnologie ermöglicht die Entwicklung neuer Materialien für leistungsfähigere Produkte |
Nanotechnologie gilt weltweit als eine der wichtigsten Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Durch ihren gezielten Einsatz lassen sich Materialien mit völlig neuen Eigenschaften erzeugen. Als Basis für moderne Produktentwicklung ist sie ein Innovationstreiber für viele Industriezweige. BASF ist eines der führenden Unternehmen auf dem Gebiet der chemischen Nanotechnologie. Das Unternehmen besitzt alle Voraussetzungen, um das Potential dieser Technologie in seiner Breite zu erschließen und sichere Anwendung zu ermöglichen: spezielle Analysemethoden, Expertise in Chemie, Physik, Biologie und Ingenieurwissenschaften sowie langjährige Erfahrung im sicheren Umgang mit neuen Materialien.
Die Vorsilbe "Nano" (griech. Zwerg) beschreibt eine Größenordnung: Ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter. Auf diese Länge passen etwa fünf bis zehn Atome. Ein Nanometer ist im Verhältnis zu einem Meter so groß wie ein Tischtennisball zur Erdkugel. Der Begriff Nanotechnologie bezeichnet die gezielte und kontrollierte Entwicklung, Herstellung und Anwendung von Strukturen, Materialien und Systemen in Größenordnungen kleiner hundert Nanometer.
Darunter fallen zum Beispiel Nanopartikel oder dünne Schichten, aber auch gezielt hergestellte Strukturen und Oberflächen. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der analytischen Methoden, die einen immer detaillierteren Einblick in die Welt der kleinsten Strukturen ermöglicht, wächst das Verständnis der Effekte, die die Nanostruktur eines Stoffes bezüglich seiner makroskopischen Eigenschaften hat.
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"Das tiefere Verständnis der Zusammenhänge in der Nanodimension ermöglicht es uns, neue Effekte gezielt und sicher zu nutzen und damit noch leistungsfähigere Produkte zu entwickeln", sagt Dr. Andreas Kreimeyer, Vorstandsmitglied der BASF SE und Sprecher der Forschung. "Durch die neuen Erkenntnisse und Entwicklungen der Nanotechnologie wollen wir in expandierenden Märkten weiter profitabel wachsen und neue erobern."
Nanotechnologie ist eines von fünf wichtigen technologiegetriebenen Zukunftsthemen, das der BASF viel wert ist: Bis zu 180 Millionen Euro wird das Unternehmen von 2006 bis Ende 2008 für Nanotechnologie aufgewendet haben.
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Ausbau eines globalen Kompetenznetzwerkes
Nanotechnologie spielt für alle Segmente der BASF eine große Rolle. Am Standort Ludwigshafen forschen Mitarbeiter in Projekten, um die Erkenntnisse aus der Nanowelt nutzbringend und sicher einzusetzen. Dabei arbeiten die Experten eng mit BASF-Laboren und externen Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt zusammen.
Gemeinsam mit der Universität Harvard (Cambridge, Massachusetts) gründete die BASF im Oktober 2007 die "BASF Advanced Research Initiative at Harvard". Die Initiative beinhaltet die Finanzierung von zunächst zehn Wissenschaftlern über fünf Jahre mit bis zu 20 Millionen US-Dollar und ist auf dem Campus von Harvard in der "School of Engineering and Applied Sciences" beheimatet. Die Projekte, die dort unter gemeinschaftlicher Leitung beforscht werden, konzentrieren sich auf das Verständnis von Abläufen auf der molekularen und supramolekularen Ebene, also im Nanometer-Maßstab: Wie entstehen beispielsweise Biofilme auf verschiedenen Oberflächen und welche Rolle spielen dabei die Wechselwirkungen zwischen Bakterien und den Materialien auf der Nanoskala? Im klinischen, industriellen und häuslichen Bereich ist es aufgrund der gesundheitlichen Auswirkungen solcher Biofilme wichtig zu verstehen, wie deren Bildung beeinflusst und verhindert werden kann. Ein anderes Forschungsthema sind neue Nanoformulierungen für verschiedene Wirkstoffe - insbesondere solche, die in Wasser nicht gut löslich sind. Nanoformulierungen haben die Funktion, den Wirkstoff an einem bestimmten Ort freizusetzen, an dem er kontrolliert seine Wirkung entfaltet. Vorteile, die Nanoformulierungen bieten können, sind eine Verbesserung der Löslichkeit und eine Erhöhung der Bioverfügbarkeit des Wirkstoffs.
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In Singapur unterhält die BASF ein globales Forschungszentrum. Damit profitiert das Unternehmen von der exzellenten Forschungsinfrastruktur vor Ort und stärkt sein Forschungsnetzwerk in Asien. Mittlerweile arbeiten dort 40 Mitarbeiter. Sie untersuchen beispielsweise nanostrukturierte Beschichtungen für Schiffsrümpfe, die Ablagerungen maritimer Organismen verhindern können. Auch hier kann Nanotechnologie zu einer nachhaltigen Entlastung der Umwelt führen, denn die Antifouling-Beschichtungen machen den Einsatz von Bioziden, wie etwa Schwermetallen in Anstrichen, unnötig. Schiffe ohne maritmen Bewuchs können damit bis zu 40 Prozent Treibstoff einsparen. Neben nanostrukturierten Oberflächen wird an organischen Materialien für gedruckte Elektronik gearbeitet. Gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft werden neue und verbesserte Halbleitermaterialien für die Herstellung von Transistorschaltungen erforscht. Diese können zum Beispiel für den Aufbau von Funk-Etiketten (Radio Frequency IDentification) zur Warenidentifikation oder Zutrittskontrolle sowie für flexible Displays verwendet werden. Prinzipiell ähnliche organische Halbleitermaterialien eignen sich auch für den Aufbau organischer Solarzellen.
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Das BASF-Labor an der Universität Louis Pasteur in Straßburg (ISIS, Institut de Science et d'Ingénierie Supramoléculaires) arbeitet auf dem Gebiet der supramolekularen Chemie und entwickelt Synthesewege für Kunststoffschäume mit Porengrößen im Nanometer-Bereich. Diese Nanoporen verhindern Zusammenstöße der Zellgasmoleküle und mindern damit die Wärmeleitung des Schaumstoffs. Im Vergleich zu den heute üblichen Materialien kann die Wärmeleitfähigkeit bis auf weniger als die Hälfte herabgesetzt werden. Der Nanoschaum ist als Dämmstoff für Kühlgeräte, Gebäude, Autos oder auch Flugzeuge vorgesehen. Er wird zu niedrigerem Energieverbrauch führen und Material einsparen: davon profitiert die Umwelt.
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Nanotechnologie ist Innovationsmotor für viele Branchen
Die BASF nutzt Nanotechnologie auch in vielen etablierten Arbeitsfeldern, um bekannten Substanzklassen neue Eigenschaften zu verleihen. Ein Beispiel dafür sind wässrige Polymerdispersionen - nicht nur eine besonders vielseitige Produktklasse, sondern auch eine Stärke der BASF. Polymerdispersionen finden sich zum Beispiel in Fassadenfarben. Dort macht die neue Bindemittelgeneration COL.9® der BASF durch ihre extrem feine Nanostruktur Fassaden besonders widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse und Schmutz. Das Prinzip: Bei den COL.9® - Bindemitteln werden anorganische Nanopartikel in organische Polymerteilchen wässriger Dispersionen eingearbeitet und fixiert. Nach dem Auftragen und Trocknen der Farbe bilden die anorganischen Nanopartikel ein homogenes dreidimensionales Netzwerk, das gegen Schmutz schützt und die Farbe länger schön erhält.
Ein weiteres Beispiel für die Baubranche ist der innovative Entkopplungsmörtel für Fliesen PCI Nanosilent®. Die All-in-one-Lösung begegnet gleich drei Herausforderungen: dem Ausgleichen von Unebenheiten im Untergrund, dem Entkoppeln des Keramikbelags vom Untergrund und der Reduzierung des Trittschalls. Die für die jeweilige Funktion entscheidenden Materialstrukturen liegen in der Größenordnung von Nanometern. Die besondere Aufgabe bei der Entwicklung war es, die Aushärtung des Mörtels so zu beeinflussen, dass sich die optimalen Nanostrukturen bilden. Sie sorgen für eine bessere Verzahnung von Untergrund und Fliese. Seine besonderen Eigenschaften erhält der Entkopplungsmörtel PCI Nanosilent® durch die Zugabe von Spezialpolymeren und Gummigranulat.
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Wie Nanotechnologie in der Textilindustrie erfolgreich eingesetzt werden kann, zeigt das BASF-Produkt Mincor® TXTT. Die Textilbeschichtung enthält winzige Partikel von weniger als 100 Nanometern, die einen Selbstreinigungseffekt bewirken. Auf den mit Mincor ausgerüsteten Textilien stehen Milliarden von Nanoteilchen so dicht nebeneinander, dass kein Staubkorn mehr dazwischen passt. Darauf basiert der so genannte Lotus-Effekt, eine von der Lotuspflanze inspirierte Technik zum Schutz vor Verunreinigungen: Zwischen einem Fremdkörper, einem Schmutzpartikel, und der Oberfläche verbleibt eine Luftschicht, auf der die Verunreinigungen "schweben". Beim nächsten Regen werden sie einfach weggespült. Schmutzabweisende Stoffe mit Mincor®-Beschichtung werden für Markisen, Sonnenschirmen und Zelten verarbeitet.
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Für Kunden im Automobilsektor oder im Elektronikbereich bietet Ultradur® High Speed, ein technischer Kunststoff auf Nanotechnologie-Basis, viele Vorteile. Durch die Einarbeitung eines nanopartikulären Additivs wird die Fließfähigkeit der Kunststoffschmelze bei der Verarbeitung unter Erhalt seiner mechanischen Eigenschaften deutlich verbessert. Verarbeiter können Ultradur® High Speed bei niedrigeren Temperaturen verarbeiten und so Energie einsparen und Ressourcen schonen. Unseren Entwicklern ist es gelungen, dieses Konzept auch auf Ultramid , dem Polyamid der BASF, anzuwenden. Bei Ultramid® High Speed konnte nicht nur die Fließfähigkeit, sondern auch die Wärmealterungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen deutlich gesteigert werden. Dadurch ist es nun prädestiniert für die Herstellung großer Bauteile unter der Motorhaube wie Zylinderkopfhauben. Dort kann der Verarbeiter mit dem neuen Werkstoff Material einsparen, in dem er das gute Fließverhalten ausnutzt und die spritzgegossenen Teile dünnwandiger gestaltet. Die Umwelt wird geschont durch ein geringeres zu bewegendes Gewicht des Bauteils.
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Durch Kooperationen Impulse für Innovationen aufnehmen
Dreidimensionale photonische Kristalle können die Telekommunikation der Zukunft revolutionieren. In dem EU-Projekt "NewTon" forschen Wissenschaftler der BASF gemeinsam mit Partnern wie dem Laser Zentrum Hannover e.V., Thales Aerospace Division, Photon Design Ltd., der Technical University of Denmark und der Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications de Bretagne an der Entwicklung dieser Kristalle. Ziel ist deren Einsatz als Bauelemente in der Telekommunikation. Davon könnten vor allem Endverbraucher profitieren: Bauelemente, die auf dreidimensionalen photonischen Kristallen aufbauen, würden immer kleiner und kostengünstiger als elektronische Bauteile - bei einer gleichzeitig besseren Leistung. Außerdem wären sie widerstandsfähiger und weniger anfällig für elektromagnetische Strahlung.
Nahezu alle Felder in Wissenschaft und Technik tragen heute zur Entwicklung der Nanotechnologie bei. Dass die BASF die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse breit nutzen kann, ist Voraussetzung für ihren wirtschaftlichen Erfolg. Dafür bietet der Forschungsverbund des Unternehmens eine optimale Plattform. Das Herz des BASF-Forschungsverbunds bilden die vier zentralen Technologieplattformen: Forschung und Technologie Chemikalien, Forschung Wirk- und Effektstoffe, Polymerforschung sowie Forschung Pflanzenbiotechnologie.
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