Auf die Größe kommts an
Die Kausalität von Größe und EigenschaftDie Erkenntnis, dass ein und das selbe Material bei gleichbleibender Umgebung verschiedene – teilweise sogar gegensätzliche – Eigenschaften haben kann und diese von den geometrischen Abmessungen des Materials abhängen, war vollkommen neu und revolutionierte die Materialforschung. Dadurch wurde klar, dass die Forschung im nanoskaligen Bereich ein enormes Potential hat, aber ebenso warf diese Erkenntnis eine Reihe vollkommen neuer Fragen auf. Wenn man einen Würfel eines bestimmten Materials mit der Kantenlänge von 100µm untersucht, weist dieser exakt die gleichen physikalischen Eigenschaften auf, wie ein Würfel mit der Kantenlänge von 1m.
Reduziert man die Kantenlänge aber auf 1 nm, so kann es passieren, dass sich die Eigenschaften verändern. Aber wie kann das möglich sein? Es widerspricht der klassischen Vorstellung der Materialkunde, ist aber dennoch eine Tatsache. Der entscheidende Punkt ist, dass wesentliche Eigenschaften eines Materials stark von der Oberfläche bestimmt sind (Reibung, Farbe, Leitfähigkeit, Oberflächenspannung und vieles mehr). Ähnlich wie in der Chemie, in der die Valenzelektronen (äußerste Elektronengruppe) für die chemischen Eigenschaften verantwortlich sind, sind es eben auch die äußersten Atomschichten, die für das Material prägend sind.
Da die Oberfläche also offensichtlich ein wichtiges Kriterium ist, liegt es nahe, sich das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen anzusehen. Ein Würfel mit der Kantenlänge 1nm besteht nur aus relativ wenigen, einzelnen Atomen, von denen aber ein relativ großer Teil am Rand, also der Oberfläche des Objekts, liegt. Dies ist nur im Nanobereich so, in größeren Dimensionen jedoch nicht. Somit kommen die Eigenschaften der Atome am Rand, welche sich oft von denen innerer Atome stark unterscheiden, hier verstärkt oder ausschließlich zum Tragen.
Neben dem Oberflächen-Volumen-Verhältnis spielen quantenmechanischen Effekte bei sehr vielen Nanopartikeln eine große Rolle. Können diese bei makroskopischen Objekten getrost vernachlässigt werden, ist es in solch kleinen Dimensionen durchaus möglich, dass die quantenmechanischen Effekte die bis dahin bekannten Eigenschaften des Materials grundlegend verändern oder zumindest merklich beeinflussen.
