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Nanotechnisch

146 Milliarden Dollar staatliche Fördermittel für die Forschung und Entwicklung der Nanotechnologie

Ein Interview mit Lloyd Whitman, stellvertretender Direktor für Nanotechnologie, White House Office of Science and Technology

170313 Lloyd Whitman

Lloyd Whitman,
Stellvertretender Direktor für Nanotechnologie, White House Office of Science and Technology

 Dr. Whitman leitet staatliche Initiativen zur Nanotechnologie und unterstützt die Regierung bei der National Nanotechnology Initiative innerhalb der Bundesbehörden und bei wichtigen externen Interessenvertretern. Zudem dient er als Liasion für internationale Nanotechnologieprogramme und -initiativen. Er ist auch Covorsitzender des Nanoscale Science, Engineering and Technology Subcommittees des National Science and Technology Council's Committee on Technology und berät das National Nanotechnology Coordination Office in Sachen Politik und Vorgehensweise. Als stellvertretender Direktor für Nanotechnologie im Bereich Technologie und Innovation unterstützt Dr. Whitman die National Nanotechnology Initiative (NNI) und die Materials Genome Initiative (MGI) und koordinierte Initiativen zwischen Bundesbehörden und externen Interessenvertretern. Er dient auch als Liasion zwischen internationalen Nanotechnologieprogrammen und Initiativen für fortgeschrittene Materialien. Er ist OSTP-Covorsitzender des Nanoscale Science, Engineering, and Technology Subcommittees des National Science and Technology Council's Committee on Technology. Lloyd Whitman ist promovierter Physiker. Er hat einen Bachelor in Physik von der Brown University, sowie einen Masters und einen PhD in Physik von der Cornell University. Er erhielt den Naval Research Laboratory (NRL) Edison Award für das US-Patent 7.541.062, "Thermische Kontrolle der Ablagerung in Dip-Pen Nanolithographie." Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nanolithographie und ein Verfahren zur thermischen Steuerung der Ablagerung von fester "Tinte" von der Spitze eines Rasterkraftmikroskops auf ein Substrat. Die Erfindung kann dazu verwendet werden, die Ablagerung der Tinte ein- oder auszuschalten. Dies erfolgt durch die Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur über oder unter die Schmelztemperatur der Tinte.


THE NNI VISION AND STRATEGIC PLAN

Die National Nanotechnology Initiative (NNI) fördert die Entdeckung, Entwicklung und den Einsatz von Wissenschaft und Technologie im Nanobereich zum Nutzen der Menschheit durch koordinierte Forschungs- und Entwicklungsprogramme, die in Übereinstimmung stehen mit den Missionen der beteiligten Behörden. Das Ziel der Behörden ist es, die NNI-Vision durch Zusammenarbeit zu erfüllen. Hier stehen vier primäre Ziele im Vordergrund:

1. Die Förderung von Forschung und Entwicklung im Bereich der Nanotechnologie
2. Die Schaffung von Anreizen zum Technologietransfer für Produkte mit kommerziellem und gemeinnützigem Zweck
3. Die Entwicklung und der Betrieb von Ausbildungsressourcen, Fachkräften und unterstützender Infrastruktur und Instrumenten zur Förderung der Nanotechnologie
4. Die verantwortungsvolle Entwicklung der Nanotechnologie.

Das Ziel der NNI ist, den Transfer von Entdeckungen im Labor zu Produkten mit kommerziellem und öffentlichem Nutzen zu beschleunigen, mehr Studenten und Lehrer dazu ermutigen, sich mit Nanotechnologie zu beschäftigen, die Ausbildung von Fachkräften und die Schaffung von unterstützender Infrastruktur und Werkzeugen zur Förderung der Nanotechnologie und zuletzt die verantwortungsvolle Entwicklung der Nanotechnologie.

 

Wie wichtig ist die Forschung im Nanobereich für Wissenschaft und Technologieinnovation aus dem staatlichen Blickwinkel?

Die Nanotechnologieinitiative wurde vor 15 Jahren unter Präsident Clinton begonnen und stellt nun jährlich 1.5 Milliarden für die Weiterentwicklung der Nanotechnologie und ihre Kommerzialisierung in den Bereichen Industrie, Präzisionsmedizin, Raumfahrt, Verteidigung, Elektronik und Energie bereit. Präsident Obama setzt sich stark für die Finanzierung der Wissenschaft ein. Das Budget für Forschung und Entwicklung im Jahr 2016 beträgt 146 Milliarden. Das sind 8 Milliarden mehr als im Vorjahr oder eine Zunahme von 6 Prozent. Das Budget zielt auf Gebiete, die am ehesten zur Schaffung von transformierendem Wissen und Technologien führen, die der Gesellschaft zugutekommen und in der Zukunft zur Gründung von Unternehmen und der Schaffung von Arbeitsplätzen führen können. Amerikas wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit und Wachstum – einschließlich der Herstellung im eigenen Land - hängen von robusten Investitionen in folgenden Gebieten ab: Forschung und Entwicklung (F & E), Innovation und der Ausbildung in Wissenschaft, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik (STEM).
Nanotechnologie umfasst viele Disziplinen und Institutionen. Der Staat ist in allen Sektoren aktiv, um ein umfassendes Ökosystem für Forschung und Kommerzialisierung zu schaffen, das durch Innovation das Interesse des privaten Sektors erweckt. So befinden sich zum Beispiel in den Grant Challenges ehrgeizige Ziele für interdisziplinäre Projekte in der Nanotechnologie.
Die Grant Challenges sollen zusätzliche öffentliche und private Investitionen anregen und die Kommerzialisierung staatlich geförderter Nanotechnologieforschung fördern.

Hier sind einige Beispiele, die von NNI in Zusammenarbeit mit dem National Nanotechnology Coordination Office und OSTP entwickelt wurden.

Bis 2025 soll Folgendes durch Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Nanotechnologie erreicht werden:

1. Erhöhung der Fünfjahresüberlebenszeit um 50% für die am schwierigsten zu behandelnden Krebserkrankungen.
2. Ein Gerät, nicht größer als ein Reiskorn, das 10 Jahre lang ohne Drähte oder Wartung funktioniert (als Sensor, Rechner und Kommunikationsgerät) für eine "Internet of Things" Revolution.
3. Computerchips, die 100-mal schneller sind, aber weniger Strom verbrauchen.
4. Herstellung von atomar präzisen Werkstoffen, fünfzig Mal stärker als Aluminium bei halbem Gewicht und gleichbleibenden Kosten.
5. Reduktion der Kosten für die Umwandlung von Meerwasser zu Trinkwasser um einen Faktor von vier.
6. Bestimmung der Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsmerkmale eines Nanomaterials innerhalb von einem Monat.

 

Gibt es globale Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Nanotechnologieforschung?

Die Nanotechnologie ist ein multidisziplinäres Fachgebiet. Jede führende Gruppe in der Nanotechnologie hat mehrere internationale Kooperationen. Die USA und die EU sind sehr an Leitlinien für die Umwelt interessiert. Hier geht es um die Festsetzung von ANSI-Standards und Normen für Umwelt- und Sicherheitsinitiativen der Nanotechnologieforschung auf dem Weg zur Kommerzialisierung.

 

Welche Gebiet der Nanotechnologie haben für die USA oberste Priorität?

Die Nanotechnologieinitiative ist kein Top-Down-Programm. Es gibt 11 Behörden mit breiten wissenschaftlichen Programmen einschließlich der Zukunft von Elektronik, Photonik, Energie, Nanoherstellung, Biotechnologie & Medizin, Umwelthygiene und Umweltschutz. Die umfangreichen öffentlichen und privaten Partnerschaften sollen die staatlichen Programme in der Nanotechnologie unterstützen, vor allem in Hinsicht auf die Kommerzialisierung von Technologien und Materialien aus der Forschung.

 

Können Sie die absolut kritische Rolle der Mikroskopie bei der Weiterentwicklung Forschung im Nanobereich beschreiben?

Das Sehvermögen ist ein zentrales Element für unser Weltverständnis. So gesehen ist auch das "Sehen" im Nanobereich ein wesentliches Element für unser wissenschaftliches Verständnis. Es hilft Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit, die Nanoskala zu schätzen. Wir sind auf die Mikroskopie – Elektronen-, Rastermikroskopie und innovative optische Verfahren – angewiesen. Es ist nicht verwunderlich, dass die Erfinder der Methoden zur Aufnahme von Bildern im Nanometerbereich Nobelpreise für die Elektronenmikroskopie, die Rastertunnelmikroskopie (beide 1986) und die superaufgelöste Fluoreszenzmikroskopie (2014) erhalten haben.

 

Haben Sie das Gefühl, dass RKM eine wichtige Rolle in der Nanotechnologieforschung spielt und warum?

RKM hat sich zu einer äußerst vielseitigsten Mikroskoptechnik entwickelt. Mit ihr kann eine breite Palette von Proben in unterschiedlicher Umgebung untersucht werden. Sie erlaubt es, chemische und nanomechanische Wechselwirkungen zu messen.

Die drei Säulen der Nanotechnologie sind: Herstellung, Messung und Modellentwicklung Mittels SCIM und RKM können molekulare Veränderungen auf subatomarer Ebene gemessen werden. Die Mikroskopie hat in der Entwicklung der Nanowissenschaft eine absolut kritische Rolle gespielt. Zukünftige Fortschritte werden mithilfe von Echtzeit-Bilddaten über Vorgänge im Nanobereich erzielt werden. Das wird uns bei der Kommerzialisierung von Innovationen aus dem Bereich der Nanotechnologie weiterhelfen.

 

Gibt es Anzeichen dafür, dass die Forschung in der Nanotechnologie zu sauberer Energie führt?

Das DOE-Budget steht an dritter Stelle bei den Initiativen in der Nanotechologie. Das umfasst alle Bereiche der Energieforschung von Nanostrukturen bis zur Fotooptik und von thermischer Elektronik bis zu Nanokatalysatoren bei der Umwandlung von Sonnenenergie. Der Beitrag zu den Energielösungen der Zukunft beinhaltet die Bemühungen in der Grundlagenforschung und der angewandten Forschung zur Verbesserung von Fotovoltaik- und Thermofotovoltaikgeräten und zur Weiterentwicklung der Sonnenenergie durch den Einsatz von Nanotechnologie beim Einfangen der Sonnenenergie und deren Umwandlung. Das Engagement der Industrie ist maßgebend, um letztlich das Potenzial der Solarenergie zu realisieren.

Solarenergie ist eine vielversprechende alternative Energiequelle, die den globalen Klimawandel verringern, die Abhängigkeit von ausländischem Öl reduzieren, die Wirtschaft verbessern und die Umwelt schützen kann.

Beispiel: Die Sonneneinstrahlung, die innerhalb von zwei Stunden auf unsere Erde trifft, kann den gesamten globalen Energiebedarf für ein ganzes Jahr decken. Wissenschaftler bei Advanced Materials for Energy (AME) entwickeln neuartige Werkstoffe für die Solarenergieumwandlung und für elektrische Energiespeicher. Gleichzeitig verwenden Forscher an der Universität von Eindhoven Galliumphosphid, um Solarzellen herzustellen, die aus flüssigem Wasser sauberes Wasserstoffgas erzeugen.

Bildunterschrift: Die meisten solarbetriebenen Autos, wie die oben, brauchen direkte Sonneneinstrahlung zur Fortbewegung. Moderne Technologie erlaubt es Wissenschaftlern, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe von Solarenergie zu spalten. Das wiederum ermöglicht die Versorgung des Vehikels mit Energie selbst bei Dunkelheit mithilfe von kompakten Solar-Brennstoffzellen.

 

Wie kann Nanotechnologie die Weltraumfahrt unterstützen?

NASA unterstützt nach wie vor die Grundlagenforschung und angewandte Forschung in der Nanotechnologie durch ihre Außendienstzentren und in Universitäts- und Industrielaboratorien.

Ein Beispiel dafür ist das NASA Space Technology Research Fellowship Programm. Seit seiner Gründung im Jahr 2011 hat es 41 Graduiertenstipendien finanziert, von denen 11 im Jahr 2014 vergeben wurden zur Durchführung von nanotechnologiebezogener Forschung. Derzeitige Forschungsarbeiten bei der NASA werden durch das Space Technology Mission Directorate und das Aeronautics Research Mission Directorate unterstützt. Center Innovation Funds und Seedling Funds aus diesen Programmen haben Themen wie die Entwicklung von Nanobeschichtungen zur Verbesserung der aerodynamischen Effizienz von Flugzeugen, zu Sensoren für hohe Temperaturen unter harschen Umweltbedingungen, zu Kohlenstoffnanoröhren und Nanoröhren auf der Basis von Boronitrid und Nanovakuumelektronik geführt.