NanoTech 2006: Große Messe, kleinste Teilchen

Wieder reicht Michael Popall Prospekte und seine Visitenkarte über den Tresen des Fraunhofer-Standes auf der Leitmesse für kleinste Teilchen Nanotech 2006 in Tokio. Zwischen zwei Interessenten für deutsche Spitzentechnologie rattert der Chef des Geschäftsfelds Mikrosysteme und mobile Energieversorgung des Fraunhofer-Instituts für Silikatforschung heraus: "Für mich ist die Nanotech die wichtigste Messe". Während normalerweise auf Nano-Messen die Forschung dominiert, wimmelt es auf der japanischen Messe nur so von Unternehmen. Alles Popalls potenzielle Kunden. Die nächste Visitenkarte, bitte.

Mit 265 japanischen und 120 ausländischen Unternehmen, Organisationen und Instituten aus 17 Ländern ist die Nanotech die größte Messe und Konferenzveranstaltung für Forschung und Produkte im Nanometer-Bereich. Nirgendwo sonst lassen sich die neuesten Anwendungen, Trends, künftige Möglichkeiten und Visionen besser studieren als in der Heimstatt der größten Konsumelektronikhersteller der Welt. Und die Nanotechnologie ist nach Jahren des Hypes endlich dabei, den Sprung aus den Laboren in Produkte zu schaffen. "Wir können immer mehr Produkte und Anwendungen von Nano-Materialen auf der Messe sehen", sagt Fumiyuki Nihey, Principal Researcher für Nanotechnologie des Elektronikherstellers NEC.

Einige sind Spielereien und in Asien schon am Markt: Seifen oder Waschmaschinen mit Nano-Silber zum Beispiel, die besondere antibakterielle Eigenschaften haben sollen. Oder mit Nano-Kohlenstoffröhren verstärkte Tennis- und Golfschläger. Die nanotechnisch aufgerüsteten, exorbitant teuren Golfschläger sind besonders beliebt bei Japans Senioren, berichtet ein seriöser Forschungsvorstand eines japanischen Großkonzerns. "Sie sind bereit, viel Geld dafür auszugeben, um den Ball zehn Meter weiter zu schlagen und sich 20 Jahre jünger zu fühlen." Doch Popall versichert, dass sehr viele Nano-Materialien bereits in ernsthaften Produkten genutzt werden. "Viele Firmen reden nicht darüber, sondern werben mit mehr Funktionen und verbesserten Eigenschaften ihrer Produkte." Auch ihm haben seine Kooperationspartner den Mund verboten.

Auf diesem Marktplatz sind die Chancen für Nano-Technik aus Europa, und gerade aus Deutschland, groß. Nicht von ungefähr treten die deutschen Firmen und Forschungsinstitute, darunter Namen wie Bayer und BASF, gemeinsam auf und haben damit einen der größten Messestände überhaupt. Der Besuch des deutschen Außenminister Frank-Walter Steinmeier am Dienstag verleiht der deutschen Präsenz noch zusätzliches Gewicht.

Ein marktreifes Produkt aus Europa stellt der Schweizer Start-up Lycée Tec aus: ein handliches optisches Mikroskop, mit dem man erstmals kontaktlos in Echtzeit Bewegungen dreidimensional auf der Nano-Ebene visualisieren kann. Die Beobachtung der Reaktionen auf atomarer Ebene ist eine der wichtigsten Bedingungen für die Entwicklung der Nanotechnologie. "Japan wird einer unserer größten Märkte", ist Verkaufschef Claude Jordis fest überzeugt. In den kommenden zwei Jahren will er den Marktanteil Japans am Firmenumsatz von null auf 25 Prozent erhöhen.

Das Fraunhofer-ISC trumpft derweil mit seinem inorganisch-organischen Hybrid-Polymer Ormocer auf. Aus dem widerstandsfähigen Stoff lassen sich kleine Linsen für Kameras oder die Mikroelektronik fertigen, die anders als die heute in Handys gebräuchlichen Kunststofflinsen nicht schon bei 120 Grad schmelzen. Auch in der optischen Kommunikation und damit optische Computer können die Ormocere zum Einsatz kommen. Denn sie lassen sich auch zu Lichtleitungen anordnen, die Photonen mit geringen Verlusten um 90-Grad-Kurven lenken können. Stark sind auch die Japaner mit fertigen oder beinahe marktreifen Anwendungen vertreten. NEC wirbt besonders für Kohlenstoffröhren und -hörnchen. So wird inzwischen stromleitender Kunststoff hergestellt. Transportverpackungen für Silizium-Wafer können daraus hergestellt werden. Durch die Leitfähigkeit der Hülle sinkt die Gefahr statischer Aufladung der Chip-Rohstoffe.

Doch dem Großteil der ausgestellten Anwendungen steht die Produktwerdung noch bevor. NECs intelligentes Bio-Plastik, das bei Erwärmung oder Abkühlung eine vorher festgelegte Form einnimmt, ist schon recht nah an der Marktreife. In der Biomedizin könnten bereits ab 2008 erste Produkte eingeführt werden, behauptet ein NEC-Forscher. Ein erster Krebsbekämpfer aus Nano-Kohlenstoffröhren wird wohl erst 2010 einsatzbereit sein.

Auch bei optischen Speichern eröffnet die Nanotechnologie neue Größenordnungen. Hitachi hat im Rahmen eines staatlich geförderten Forschungsprojekts eine neue DVD entwickelt, die 200 Gigabyte Daten speichern kann. Das ist viermal mehr als die Blu-Ray-Disk verspricht, die jetzt gerade als neuer Massenspeicher für hochauflösende Spielfilme weltweit eingeführt wird. Dazu wurde ein dünner Nano-Glasfilm vor dem Speicherlayer auf die Scheibe aufgebracht. Wo der blaue Laser auf den Nano-Layer trifft, verändert sich der Brechungsindex des Glases, das heißt, das schon gebündelte Laserlicht wird noch einmal wie in einer weiteren Linse gebündelt. Dadurch lassen sich die Silberlinge dichter mit Daten beschreiben. "Ab diesem Jahr stellen wir die Scheibe anderen Firmen vor", sagt Entwickler Hiroki Yamamoto vom Hitachi Research Laboratory. 2010 könnte die Massenproduktion folgen, verheißt ein Schaubild.

Hoch hinaus ging es in einem der Hauptseminare: Einsatzbereiche für Mikro-/Nanotechnik in der Luftfahrt und unter rauen Bedingungen. Deepak Srivastava vom Nasa Ames Center for Nanotechnology zeigte dort die Verwendungsmöglichkeiten für Nano-Röhren in der Raumfahrt auf. Durch sie könnte ein unwillkommenes Produkt der vielen Elektronik an Bord, Hitze, gezielt geleitet und für thermische Schalter genutzt werden. Oder man kann Nanoröhren kontrolliert Bäumchen bilden lassen. So ließen sich neuronale Schaltkreise züchten. Ihr Vorteil: Anders als heutige Computer müssen die neuronalen Computer nicht zu 100 Prozent perfekt sein, damit das System funktioniert. "Da geht die Entwicklung langfristig hin", sagte Srivastava. Derzeit wird allerdings vor allem mit einfacher herstellbareren Netzwerken aus wahllos verbundenen Dioden experimentiert.

Toshio Ogasawara von der japanischen Raumfahrtbehörde Jaxa erläuterte die Entwicklung von Nano-Verbundwerkstoffen. In der Fertigung herkömmlicher Verbundwerkstoffe sind Japans Firmen dank hoher staatlicher Forschungshilfe Weltspitze. Bei Flugzeugen nutzt der US-Hersteller Boeing die Japaner daher gern sehr zum Ärgernis von Airbus als Zulieferer von Flügeln und Rümpfen. "Wenn Sie den neuen Dreamliner von Boeing unangemalt sehen würden, wäre er schwarz", sagt Ogasawara. Mehr als 50 Prozent des Gewichts würden beim neuen Boeing-Flieger aus Verbundwerkstoffen bestehen. Nun stehen die Japaner vor dem nächsten technologischen Sprung. "Die mechanischen Eigenschaften von Kohlenstofffasern sind fast ausgereizt", sagte der Jaxa-Forscher. "Nun ist es wichtig, mit Nanotechnik die Leistungsfähigkeit von Polymer-Matrizen zu verbessern."

Die Jaxa begann ihre Forschung vor vier Jahren. Ein Resultat sind unten offene Nano-Becher, die ineinander gestapelt werden. Diese Tassenstapel mit ihren vielen Kanten sind chemisch weit einfacher zu modifizieren als konventionelle Röhren mit ihren zwei Enden. Denn Nanoröhren sind an ihren Enden chemisch aktiv. Eine mit den neuen rippeligen Stapelröhren verstärkte Matrix erwies sich als 25 Prozent stärker, als die auf herkömmliche Weise hergestellte. Neue Kohlenstoff-Nano-Röhren mit mehreren Wällen sind hitzebeständiger. Und Nano-Ton/Epoxit-Gemisch-Anstriche senkten bei Wasserstofftanks die Durchlässigkeit und damit die Verdunstungsverluste von Wasserstoff beträchtlich. Wichtiger aber als die Verbesserung einzelner Eigenschaften sei die Entwicklung von multifunktionalen Nano-Verbundwerkstoffen, die sich beispielsweise durch besondere thermische Eigenschaften und Selbstheilungskräfte auszeichneten, sagt Ogasawara. In den kommenden fünf bis zehn Jahren will die Jaxa neue Nano-Verbundwerkstoffe für die Luft- und Raumfahrt erforschen und danach anwenden.

Für die Fraunhofer-Institute allerdings hat die Zukunft schon jetzt begonnen. Noch bevor der erste Messetag verstrichen ist, rechnet Popall damit, dass er das Projektvolumen seiner Arbeitseinheit mit japanischen Firmen dieses Jahr auf etwa eine Million Euro erhöhen kann. Mögliche Kritik am Verkauf deutscher Spitzentechnik nach Asien widerspricht er vehement. "Durch unsere Arbeit im Ausland sichern wir den Hochtechnologiestandort und die IT-Industrie in Deutschland." Ruth Houbertz aus Popalls Team, die mehrere Patente für die Anwendung der Ormocere in Mikrosystemen hält, benennt das Dilemma: Deutschland sollte in innovative Techniken investieren, tut es aber nicht. "Die Innovationsfreudigkeit in Deutschland ist schlecht", kritisiert sie, "es ist schade, dass man ins Ausland gehen muss, um Investitionen für solch innovative Projekte zu erhalten."

Man braucht gar nicht weit von Deutschland wegzugehen, versichert sie. Aber Asiens Unternehmen sind noch viel heißere Partner, wenn man erst mal durch lange Kontaktpflege eine Beziehung aufgebaut hat. "In Europa sind die großen Unternehmen vorsichtiger", urteilt Popall, "in Asien setzen sie Ideen schneller um, sind risikofreudiger und einfach verspielter. Und die Unternehmen investieren auch mehr, wenn sie von einer Sache überzeugt sind." Der Beleg für seine These ist der Stand des japanischen Kamera- und Medizintechnikherstellers Olympus. Dort preist der Konzern Geräte an, die durch Beben im Nanometer- und Angström-Bereich mit herkömmlichen Mixern nicht vermischbaren Mini-Mengen an Flüssigkeit vermischen. Der Berater ist hochaufgeschossen, hager und spricht deutsch. Christoph Gauer heißt er, Chef des mittelständischen Münchner Unternehmens Advalytix. Voriges Jahr hat sich das Unternehmen an Olympus verkauft.

"Wenn man in die Diagnostik rein will, braucht man einen starken Partner", sagt Gauer, "das geht schwer allein." Und in Deutschland fand er kein passendes Unternehmen mehr, denn die noch existierenden Medizintechnikriesen wie Siemens sind auf Diagnostik am lebenden Objekt und nicht wie Advalytix im Reagenzglas spezialisiert. Olympus als Technologiefirma erfüllte hingegen die Ansprüche der Tüftler. Sie haben Geld und Geduld. Und anders als amerikanische Konzerne lassen die Japaner Advalytix und eine handvoll weiterer Zukäufe in Deutschland sehr unabhängig agieren, freut sich Gauer. So sichern und schaffen die Japaner Arbeitsplätze und Know-how in Deutschland. "Wir expandieren und stellen ein", sagt Gauer. (wst)