Mit Nanotechnologie (griech. νάννος [nános] = Zwerg) wird heute populärwissenschaftlich die Forschung in der Clusterphysik und Oberflächenphysik, der Halbleiterphysik, in Gebieten der Chemie und bisher noch im sehr begrenzten Rahmen in Teilbereichen des Maschinenbaus bezeichnet. Dieser populärwissenschaftliche Sammelbegriff gründet auf der allen Nano-Forschungsgebieten gleichen Größenordnung vom Einzelatom bis zu einer Strukturgröße von 100 Nanometern (nm). Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter (10^-9 m).

 

Diese Größenordnung bezeichnet einen Grenzbereich, in dem die Oberflächeneigenschaften gegenüber den Volumeneigenschaften der Materialien eine immer größere Rolle spielen und zunehmend quantenphysikalische Effekte berücksichtigt werden müssen.

 

              

 

Schon heute eine wichtige Rolle spielen die Nanomaterialien, die zumeist auf chemischem Wege oder mittels mechanischer Methoden hergestellt werden. Einige davon sind kommerziell verfügbar und werden in handelsüblichen Produkten eingesetzt, andere sind wichtige Modellsysteme für die physikalisch-chemische und materialwissenschaftliche Forschung. Ebenfalls bedeutend ist die Nanoelektronik, deren 'Zugehörigkeit' zur Nanotechnologie in der wissenschaftlichen und forschungspolitischen Praxis aber nicht einheitlich gesehen wird.

 

Eine Entwicklungsrichtung der Nanotechnologie kann als Fortsetzung und Erweiterung der Mikrotechnik angesehen werden ('top-down-Ansatz'), doch erfordert eine weitere  Verkleinerung von Mikrometerstrukturen meist völlig unkonventionelle neue Ansätze. Die Chemie geht in der Nanotechnologie oft den anderen Ansatz: 'bottom-up'. Chemiker, die üblicherweise in molekularen, d.h. sub-nano Dimensionen, arbeiten, bauen aus einer Vielzahl von einzelnen Moleküleinheiten größere nanoskalige Molekülverbunde auf. Ein Beispiel dazu sind Dendrimere.

 

Nur ein kleiner Zweig der Nanotechnologie beschäftigt sich mit Nanomaschinen oder Nanobots.

 

Die Bundesrepublik Deutschland, insbesondere das Saarland, ist auf dem Gebiet der Nanotechnologie weltweit an der Spitze der Forschung intensiv beteiligt.

Mit einer Nanobeschichtung modifizierte Glasoberflächen werden mit hydrophoben (wasserabweisenden) und schmutzabweisenden Eigenschaften ausgestattet, um so die selbstreinigenden Eigenschaften zu erzielen. Dazu wird auf eine bestehende, meist eine glatte, nichthydrophobe Oberfläche eine neue Oberflächenschicht aufgebracht. Ein Nanobeschichtung besteht aus mindestens zwei Schichten: Die erste Schicht ist für die Verbindung zwischen der bestehenden Oberfläche und der neuen, nano- oder makrostrukturierten Schicht. Nanobeschichtungen gehen eine physikalische Verbindung mit einer bestehenden Oberfläche ein, wie das z. B. bei einer Tapete der Fall ist.

Der Lotuseffekt bezieht sich auf die äußerst geringe Benetzbarkeit und hohe Selbstreinigung biologischer Oberflächen, unter anderem bei der Lotuspflanze. Auf der Blüte und den Blättern wird selbst extrem gut haftendes Farbpulver von Wasser einfach weggespült, nicht einmal Klebstoff auf Wasserbasis bleibt an der Oberfläche haften. Auch andere Pflanzen, wie beispielsweise die Kapuzinerkresse, Kohl, Schilfrohr, Akelei, Tulpe und Banane zeigen diesen Effekt.

Durch die Oberflächenstruktur der Pflanzen werden gegenüber Wasser Kontaktwinkel von  bis zu 160° erreicht (Superhydrophobie). Das bedeutet, dass nur etwa 2 bis 3 % der Tropfenoberfläche mit der Oberfläche der Pflanze in Kontakt stehen, diese also eine extrem geringe Benetzbarkeit besitzt. Die Adhäsion zwischen Blattoberfläche und Wassertropfen ist dabei so gering, dass das Wasser leicht abperlen kann. Aufliegende Schmutzpartikel die ebenfalls nur eine kleine Kontaktfläche besitzen – werden dadurch mitgerissen und weggespült. Durch die zentrale Bedeutung der Oberflächenspannung wässriger Lösungen für die Minimierung der Kontaktfläche wird verständlich, dass der Lotuseffekt in dieser Form nicht bei stark benetzenden Lösungsmitteln auftreten kann.

Die biologische Bedeutung dieses Effekts liegt für die Pflanze im Schutz vor einer  Besiedlung durch Mikroorganismen, Krankheitserregern oder Keimen, beispielsweise Pilzsporen, oder dem Bewuchs mit Algen. Dies gilt in ähnlicher Weise für Tiere wie  Schmetterlinge, Libellen und andere Insekten, die mit ihren Beinen nicht überall an ihren Körper zum Säubern hinreichen.

Es ist mittlerweile gelungen, die Oberflächenstruktur künstlich nachzubilden.Nanoprodukte sind z.B. selbstreinigende Dachziegel und eine selbstreinigende Fassaden. Aus dem  Bereich der Nanotechnologie gibt es mittlerweile Beschichtungen, die superhydrophob sind. Diese Oberflächen sind zwar wasserabweisend, jedoch nicht selbstreinigend, sondern easy- to-clean.