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Horst WellerInstitut für Physikalische Chemie, Universität Hamburg
Centrum für Angewandte Nanotechnologie, CAN, HamburgInterdisciplinäres Nanowissenschaftscentrum Hamburg (INCH)
Bachelorstudiengang
Nano-Science and Technology
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•Untersuchung, Herstellung und Anwendung von Strukturen unter 100 nm
Ein Nanometer (nm) ist der
milliardste Teil eines Meters.
1 nm = 0,000 000 001 m
Quelle FCI
Proteine
Viren
Größenvergleich Nanotechnologie
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Technologiezentrum
Bac-ISW2003.ppt
Neue Funktionalitäten helfen Zukunftsprobleme lösen
Gesundheit
Neue Therapieformen für
Krebspatienten
Mobilität
Leichtbausysteme für
resourcenschonende Kraftfahrzeuge
Energie
Beleuchtungssysteme mit
minimalem Energieverbrauch
Information und Kommunikation
Leistungsfähigere Speicher und
Elektronik-Bauelemente
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A) Vapour Deposition (PVD / CVD)B) Sol-Gel TechniqueC) Wet-Chemistry
Mixing Arrested precipitation
Precursorsolutions
• Large variety of materials available
• Nanoparticles can be handled like „normal“ chemicals
Nanoparticle Synthesis
5
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Electron microscopy
5 nm
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Nanomaterials: Nanoparticles
5 nm
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IMG1 10 nm
IMG1 10 nm
Distance0.00 36.25 nm
Inte
ns
ity
01
35
Distance0.00 36.25 nm
Inte
ns
ity
02
70
Cd-L and Se-L intensity profile
Pt-M and Ni-K intensity profile
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Der Lotus Effekt
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First in-situ polymerization of olefines on carbon nanofibers worldwide
oligomers with anchor groups (like bioencapsulation)
Or binding the polymerization catalyst to the surface of nanofillers
Courtesy of Prof Kaminsky, University of Hamburg
SiOO
O
OH
Al
CH3
O
SiO
OO
O Al
O
Al
nNano-fiber CH3
CH3
CH3
1 µm
In-situ Polymerization of Propylene
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Neue Konzepte mit Nanotechnologie
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Center for Applied Nanotechnology (CAN) GmbH
CANdots:
14
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20 nm
CdSe @ Carbon Nanotubes (CNT)
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+-
CB
VB
e
e
e
e
e
h
e
Optoelectronics with CdSe CNT Composites
conductive polymer
h+
e-
e.g. Photovoltaics
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Nanostructures for Fuel Cells
e-
e-
O2
H2O
H2
e- e-
100 nm
250 nm
Block copolymer membranes
with tailored channel morphology
Courtesy of Profs Abetz and Nunes, GKSS Geesthacht
Carbon Nanotubes(CNT)/polymer
composites for electrodes
CNT + Ptcatalyst
Courtesy of Prof Schulte, TUHH Hamburg
A M C
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Aufbau eines Biolables
NH2Antikörper/ Wirkstoff
Zelle
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Nanopartikel und Zellen
• Rot: gefärbter Zellkern von Lungenzellen
• Blau: CanDots mit verschiedenen Hüllen, lokalisiert im Zellzytosol und der Zellmembran
• Was bestimmt die Aufnahme ?
• Was bestimmt die Toxizität ?
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U. Beisiegel, O. Bruns, G. Adam, M. Kaul (UKE-Hamburg), U. Trömsdorf
Natürliche Transportsysteme
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Artiticial Delevery Systems:
Polymersomes- are vesicles formed by block copolymers
- are structurally similar to lipid vesicles
- are more stable and chemically more variable than lipid vesicles
liposome Polymersome (Prof. Förster)
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200 nm
Artificial Vesicles from Polymers: Drug Delivery
100 nm
hydrophilicinner side
hydrophilicouter sidehydrophobic
part of the bilayer
nanoparticles pH-trigger
TEM by Prof. H. Hohenberg, HPI Hamburg
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200 nm
Artificial Vesicles from Polymers: Drug Delivery
100 nm
hydrophilicinner side
hydrophilicouter sidehydrophobic
part of the bilayer
nanoparticles
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The Vision of Theranostics
Heiko Fuchs, HanseNanoTec
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Technologiezentrum
Bac-ISW2003.ppt
Neue Funktionalitäten helfen Zukunftsprobleme lösen
Gesundheit
Neue Therapieformen für
Krebspatienten
Mobilität
Leichtbausysteme für
resourcenschonende Kraftfahrzeuge
Energie
Beleuchtungssysteme mit
minimalem Energieverbrauch
Information und Kommunikation
Leistungsfähigere Speicher und
Elektronik-Bauelemente
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Magnetische Nanoanalytik einer Computer-
Festplatte mit Magnetkraftmikroskopie
Quelle: IBM
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Nanoanalytik mit dem Rastertunnelmikroskop
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Spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie
„Science“ 2000
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Wir ließen einen Strahl
von Silberatomen durch
ein inhomogenes
Magnetfeld laufen und
fanden, dass der
Silberstrahl in zwei
diskrete Strahlen
aufgespalten wurde,
entsprechend den beiden
diskreten Lagen, die für
ein einquantiges Atom im
Magnetfeld möglich sind.“
Otto Stern
Erster Nachweis der „Richtungsquantisierung“
von Atomen im Magnetfeld
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Spinstrominduziertes Schalten der
Magnetisierung von Nanoinseln
„Science“ 2007
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„SCIENCE“ (4. April 2008)
Vom Einzelatom zum atomar kontrollierten
System
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Co-Einzelatom
Co-Nanostreifen
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Emil Gabriel Warburg
1846 – 1931, Hamburg
1880 hat Warburg
die erste Hystereseschleife
(an Eisen) gemessen.
Universität Hamburg
Institut für Angewandte Physik
Erste Messung einer magnetischen
Hystereseschleife an einer Eisenprobe
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Atomare Manipulation
Rastersondenmikroskope können zur Manipulation einzelner Atome und
Moleküle benutzt werden
Der kleinste Zwerg der Welt wurde
aus 28 Kohlenmonoxid-Molekülen
auf einer Platinfläche erzeugt.
(Don Eigler, IBM Almaden)
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Atomare magnetische Datenträger
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Nanotechnologie:
Zukunft gestalten – Atom für Atom
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Historische Zitate
„I think there is a world market for maybe five computers.“
IBM‘s Thomas Watson, 1943
„There is no reason anyone would want a computer in their home.“
Ken Olsen, Digital Equipment Corp., 1977
„640K ought to be enough for anybody. “
Bill Gates, 1981
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University of
Hamburg
„LifeStraw“
basierend
auf Nanoporen
(Porendurchmesser: 10-20 nm)
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Nanoscience and Technology in Hamburg
• Forschungsschwerpunkt der MIN Fakultät, der Uni HH und der Hansestadt Hamburg (2 SFBs, 2 Graduiertenkollegs, über 100 Wissenschaftler)
• Immer stärkerer Beitrag der Medizin und DESY mit neuen Lichtquellen
• Eines der größten Forschungsgebiete weltweit
• Hamburg unter den TOP 10
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EurophysicsNews, Volume 38 – number 1 – page 14 (2007)
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Einrichtung der MIN Fakultät
Gruppen aus der Angewandten Physik, Mikrostrukturforschungszentrum
Physikalische Chemie
Biochemie
Enge Kooperation mit UKE und DESY (HASYLAB)
Idee:
Interdisziplinäre Gruppen an einem Standort vereinigen
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Geschäftsmodell: Public Private Partnership (PPP)
Gegründet: November 2005
Ort: Hamburg
Mitarbeiter: 25
Umsatz: 1.3 Mio € (2008)
Gesellschafter: Verein zur Förderung der Nanotechnologie e.V. (65,2 %)
Freie und Hansestadt Hamburg (24,8 %)
Universität Hamburg (10 %)
Konzept: Technologietransfer durch angewandte Forschung
Beiersdorf, Eppendorf, Olympus, Merck….Handelkammer, HASPA,….
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Hamburger Studiengang
Nanowissenschaft und
Nanotechnologie
• Studiengang mit ca. 50 Studierenden / Jahr
(Erststudierendenanzahl ca. 30)
• Abschluss B.Sc. – ASIIN akkreditiert
• 6 Semester, Vorlesungen, Übungen, Praktika,
Ferienschulen, Abschlußarbeit, Verteidigung
• Beginn WS 2009/2010
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1. Semester
Fach Modul SWS LP S
SWS
S LP
Che Anorganische Chemie 4 6
Che Anorganische Chemie-Nano-Seminar 2 2
Che Physikalische Chemie 1 3 4
Phy Einführung in die Theoretische Physik 1 2 2
Ma Mathematische Grundlagen der Physik 6 8
Inf Grundlagen der Programmierung und
Algorithmik
4 4
ABK Orientierungseinheit (Ringvorlesung, C+P+I) 2 2
ABK Fach-Englisch 2 2 25 30
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2. Semester
Fach Modul SWS LP S
SWS
S LP
Che Organische Chemie 1 4 6
Che Physikalische Chemie 1 3 4
Che Praktikum 1 (AC-OC) 6 4
Phy Einführung in die Theoretische Physik 2 3 6
Phy Nanostrukturphysik 1 4 6
Inf Signalverarbeitung mit Anwendungen in der
Bildverarbeitung
4 4 24 30
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3. Semester
Fach Modul SWS LP S
SWS
S LP
Che Organische Chemie 2 2 2
Che Technische und Makromolekulare Chemie 6 8
Che Praktikum PC - TMC 6 4
Phy Nanostrukturphysik 2 6 8
Ma Grundpraktikum Nanophysik und
Nanostrukturierung
6 4
Inf Projekt Nanomanipulation 2 2
Inf Robotik und Visualisierung 2 2 30 30
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4. Semester
Fach Modul SWS LP S
SWS
S LP
Che Nanochemie 1 3 4
Bio Biochemie-Molekularbiologie 4 6
Inf Projekt Nanomanipulation 2 2
Inf Robotik und Visualisierung 2 2
Phy Nanostrukturphysik 3 6 8
Phy Quantenphysik 6 8 23 30
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5. Semester
Fach Modul SWS LP S
SWS
S LP
Che Nanochemie 2 3 4
Bio Biochemie-Molekularbiologie Praktikum 5 6
Inf Computational Nanoscience 6 8
Phy Nanostrukturphysik 4 8 10
ABK Sommerschule 2 2 24 30
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Sommerschule
• 1 wöchige Blockveranstaltung im Sommer
• Vorträge, Workshops, Postersession …
• Aktive Teilnahme von Lehrenden und Lernenden
• Vermittlung von Wissen und soft skills
• Präsentationsrahmen der Abschlussarbeiten
• Rahmen für Studienabschluß
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6. Semester
Fach Modul SWS LP S
SWS
S LP
Che F-Praktikum Nanochemie 12 10
Phy F-Praktikum Nanoanalytik 8 6
ABK Patentrecht, Industrieforschung,
Karriereplanung
2 2
Che/
Phy
Bachelorarbeit + Präsentation 12 12 34 30
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Aufteilung
Physik
37%
Informatik
9%
ABK
11%
Chemie
32%
Biochemie-
MB
7%
Mathematik
4%
ABK
Chemie
Biochemie-MB
Mathematik
Physik
Informatik
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Weiterführende Ausbildung• Master Nanoscience & Nanotechnology
• Master Chemie
1. Anrechnung der Nanochemie 1 und 2 sowie F-
Praktikum Nanochemie als Master Modul
2. Verpflichtung zu verstärktem präparativen Modul
• Master Physik
1. Anrechnung der Nanostrukturphysik (1,2) + F-
Praktikum Nanomaterialien und Nanoanalytik
2. Verpflichtrung zu verstärktem Theorie Modul
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Ansprechpartner
• Dept. Physik:
• Jungiusstr. 9-11, 20355 HH
• Prof. K. Nielsch + Frau I. Flick
• Dept. Chemie:
• Martin-Luther-King-Platz 6, 20146 HH
• Prof. A. Mews + Dr. Th. Behrens
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University of
Hamburg
VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT !