„SimplyNano 1“-Koffer - Die Innovationsgesellschaft

SimplyNano 1 

Weiterbildungskurs zum Experimentierkoffer 

"SimplyNano 1" für Sekundarschulen 

29. Februar 2012, St.Gallen 

Dr. Christoph Meili, M.A. Sascha Schwarzkopf 

Die Innovationsgesellschaft, St.Gallen 

Herausgegeben von: 

Entwickelt von: 

www.innovationsgesellschaft.ch 

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Kursleitung 

Christoph Meili 

Geschäftsführer 


Dr. oec. HSG, Dipl. Natw ETH 

Tätigkeiten: 

� Chemie & Biologielehrer am Seminar 

Kreuzlingen (1991-2001) 

� Dozent für BWL an der HSG (seit 01) 

� Geschäftsführer IG (seit 2005) 

01.03.2012 

© 2012 – SimplyScience 

Sascha Schwarzkopf 

Projektleiter 


M.A. Politics & Mgmt.; Wirtschaftsförderer (VWA) 

Tätigkeiten: 

� Swiss Nano-Cube 

� EU-FP7-Projekt NanoCode 

� Regulierung von Neuen Technologien 

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Kursprogramm 

Wann Was 

14:00 – 14:15 Begrüssung, Vorstellung, Programm 

14:15 – 14:45 Einführung (Grundbegriffe Nanotechnologie / Vorstellung des Koffers) 

14:45 – 15:00 Pause 

15:00 – 15:45 Experimente Teil 1: Die Nanodimension (Gruppenarbeit) 

15:45 – 16:30 Experimente Teil 2: Lotus-Effekt / Reaktivität (Gruppenarbeit) 

16:30 – 16:45 Marktplatz: Lehrmittel / Lernformen für Nanotechnologie im Unterricht 

16:45 – 17:00 Diskussion und Fragen im Plenum / Abschluss 

01.03.2012 © 2012 – SimplyScience 

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Inhalt und Zielsetzungen des Kurses 

Inhalt: 

Die Teilnehmenden des Weiterbildungskurses werden mit einfachen Praxisbeispielen 

sowie den Experimenten aus dem Koffer sowie mit einfachen Phänomenen der 

Nanotechnologie vertraut gemacht. 

Ziele des Kurse: 

� Zentrale Grundbegriffe der Nanotechnologie kennenlernen 

� "SimplyNano 1"-Koffer kennenlernen, Experimente durchführen 

� Den Einsatz im eigenen Unterricht vorbereiten 

Kursdaten 

� 29.02.2012, St.Gallen 

� 07.03.2012, Sargans 

� 14.03.2012, St.Gallen 

� 21.03.2012, Bern 

� 28.03.2011, Zürich 


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Kurzprofil 

� Unabhängiges Technologie- und 

Managementberatungsunternehmen 

� Spin-off der Universität St.Gallen (2005) 

� Sitz am Technologiezentrum der EMPA in St.Gallen 

� Interdisziplinäres Team (Natw. / Ing. / BWL) 

� Schwerpunkt: Emerging Technologies / Nano 

� Strategie- / Prozessentwicklung, Issue-Management / 

Kommunikation / Ausbildung 

Swiss Nano-Cube (www.swissnanocube.ch) 

Gesamtschweizerische Informations- und 

Bildungsplattform für Mikro- und Nanotechnologie in 

Zusammenarbeit mit Bundesämtern, Industrie etc. 



5 

5

Projekte und Themen 

Kompetenzfelder 

Innovations- / Riskmanagement 

� Risk Management / Monitoring System 

� CENARIOS® 

� NanoRisk-Check 

� 360°-Risk-Monitoring 

Politikberatung / 

Forschung 

� CH Nano Aktionsplan 

� FramingNano, NanoCode 

(EU FP7 Research Projects) 

�Markt- / Potentialanalysen 

Ausbildung / Konferenzen 

� „Int. NanoRegulation Conference“ 

�TeachNano 

� Executive Workshops 

� NanoBehörden-Dialog 

(D;CH;FL;A) 

Strat. Kommunikation / 

Stakeholder-Dialoge 

� Produkteinführungen 

� Stakeholder-Management 


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Die SimplyScience Stiftung … 

� … ist eine Stiftung mit dem Zweck der Nachwuchsförderung in 

Naturwissenschaft und Technik (initiiert von ) 

� … betreibt die Internetplattform SimplyScience.ch 

Das Team: 

� Dr. Jan Lucht 

Kontakte Firmen & Partner 

� Thomas Flüeler 

Geschäftsführer 

� Dr. Sabine Kastner 

Redaktion & Marketing 

� Sarah Schwarzenbach 

Redaktion & Webmastering 


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Projekte: SimplyScience.ch – 

Deine Website für Naturwissenschaft und Technik 

informative Artikel 

Bilder & Videos 

Experimente zum 

Nachmachen 

Berufsbilder in den 

Naturwissenschaften Wettbewerbe & Quiz 

Allgemeine Überarbeitung sowie Lancierung einer französischen Version geplant 2012 


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Grundbegriffe der Nanotechnologie 

01.03.2012 

� Nano steht im Griechischen für Zwerg 

� 1 Nanometer = 1/1‘000‘000 mm ≈ 3 Gold-Atome 

10 0 m = 1.0 = 1 m (1 Meter) 

10 -3 m = 0.001 m = 1 mm (1Millimeter) 

10 -6 m = 0.000 001 m = 1 μm (1 Mikrometer) 

10 -9 m = 0.000 000 001 m = 1 nm (1 Nanometer) 

"Nanotechnologie" ist keine definierte Technologie, sondern ein unklarer 

Sammelbegriff für viele verschiedene Materialien, Anwendungen und 

Technologien. 


9

Lotuseffekt in Natur und Technik 

01.03.2012 

„Selbstreinigung“ von Lotusblättern 

Mikrostrukturen mit Nano-Wachs- 

Kristallen auf der Blattoberfläche 


Kurzer Filmbeitrag 

Technische Umsetzung Lotus-Effekt 

Beispiel: Fassadenfarbe Lotusan 

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Begriffsbestimmung 

Nanotechnologie… 

…befasst sich mit Strukturen zwischen 1–100 nm. 

…macht sich charakteristische Effekte in diesem 

Bereich zu Nutze. 

…bezeichnet die gezielte Herstellung / Manipulation 

von Nanostrukturen. 

Synthetische Nanopartikel… 

…sind gezielt hergestellte Feststoffteilchen, welche 

in mindestens 2 Dimensionen nanoskalig sind. 

Nanomaterialien… 

…besitzen strukturelle Bestandteile, die in 

mindestens einer Dimension nanoskalig sind. 

…bestehen aus organischen, anorganischen 

Bestandteilen oder Gemische davon (Komposite). 

01.03.2012 


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Was macht Nanomaterialien so 

besonders? 

01.03.2012 

Mikro- bzw. Makro-Massstab 

10 

10 10 

�Beispiel aus dem Koffer 

(Experiment 7 zu O/V-Verhältnis) 

NANO-Massstab 

© 2012 – SimplyScience 12 

1

Nanomaterialien in Konsumprodukten 

01.03.2012 

TiO 2 (Titandioxid) als UV-Schutz: Nanopartikel 

in Sonnencrèmes und Kosmetika 

Nano-Silber in Textilien / Kunststoffen 

(antimikrobielle Wirkung & Geruchsunterdrückung) 


SiO 2 (Silica) als Additiv für kratzfeste 

Lacke und Farben 

Silica-Aerogel: Hochwirksames 

Isolationsmaterial 

Foto: Stardust Mission, NASA 

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Verbreitung von 

Nanokonsumprodukten 

01.03.2012 

Nanomaterialien in Konsumprodukten 

(USA: 1317 Produkte) 

n=42 

n=16 

n=15 

� Schweizer-Detailhändler 

� (ca. 70 Produkte) 

Quelle: http://www.nanotechproject.org/ Quelle: http://www.igdhs.ch/_nanotechnologie.html 

Nanomaterialien sind in Konsumprodukten stark verbreitet. Die Zahl der Produkte 

nimmt kontinuierlich zu. Eine Deklaration ist schwierig, weil die Definition nicht klar ist! 


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Anwendungsgebiete in der Praxis 

01.03.2012 

IT 

Energie 

Food, Kosmetik 

Anwendungsgebiete 

Beschichtungen 

Militär Materialien Analytik 

Medizin 


Baustoffe 

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„SimplyNano 1“-Koffer (2012) 

Auftraggeber: SimplyScience Stiftung, Zürich 

Entwicklung: Die Innovationsgesellschaft, St.Gallen 


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„SimplyNano 1“-Koffer 

Nano-Experimentierkoffer für die Sekundarstufe 1 

Zielsetzungen: 

� Schüler/innen für Nanotechnologie begeistern 

� Einfache Phänomene der Nanotechnologie erklären 

� Begeisterung für MINT-Themen wecken 

Der Koffer enthält: 

� 8 einfache Experimente aus der Nano-Welt 

� Inhalt (auf USB-Stick): Vortragsfolien (PPT), Experimentieranleitungen 

(Schüler- und Lehrerversion), Lehrerkommentare & Ge- /Verbrauchsmaterial 

� Themen: 1. Nano-Oberflächen, 2. Nanodimension, 3. Reaktivität von Nanopartikeln 

Für wen: 

� Lernende im 7. bis 10. Schuljahr 

� Lehrende der Sek.-Stufe 1 (Progymnasien, Fachmittelschulen etc.) 

� Pilotserie (200 Stk.) ab Frühjahr 2012 in den Schulen einsetzbar 


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„SimplyNano 1“-Koffer 

Experimente aus 3 Themenbereichen 

1. Nanodimension: 

� Atomic-Force-Microscope (AFM)-Modell aus Lego 

� Nanometer-Massstab 

2. Nano-Oberflächen: 

� Lotus-Effekt 1: auf Lotusblättern 

� Lotus-Effekt 2: auf Metalloberflächen 

� Lotus-Effekt 3: auf Glasoberflächen 

� Lotus-Effekt 4: auf Textilien 

3. Reaktivität: 

� Oberflächen-Volumenverhältnisse 

� Löslichkeit von Kochsalz 


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Dokumentation / Anleitungen 

Anleitungen 

� Experimentieranleitungen (S, L) 

� Lehrerkommentar 

� Infobroschüre mit Materialliste 

Präsentationsfolien (PPT) 

� Der Lotus-Effekt 

� Nano-Dimension 

� Reaktivität 

Experimentierunterlagen 

� AFM (User Manual, Software) 

� Nanometer-Massstab 

� Sicherheitsdatenblatt 


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Kaffeepause 


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Kursprogramm 

Wann Was 

14:00 – 14:15 Begrüssung, Vorstellung, Programm 

14:15 – 14:45 Einführung (Grundbegriffe Nanotechnologie / Vorstellung des Koffers) 

14:45 – 15:00 Pause 

15:00 – 15:45 Experimente Teil 1: Die Nanodimension (Gruppenarbeit) 

15:45 – 16:30 Experimente Teil 2: Lotus-Effekt / Reaktivität (Gruppenarbeit) 

16:30 – 16:45 Marktplatz: Lehrmittel / Lernformen für Nanotechnologie im Unterricht 

16:45 – 17:00 Diskussion und Fragen im Plenum / Abschluss 


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SimplyNano 1 

Experimentierkoffer zur Nanotechnologie 

Die Nanodimension 




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Experimente im Koffer: 

1. Nanodimenison 

� Experiment 1 

– AFM-Modell aus LEGO®-Bausteinen 

– Ziel des Experiments: Modellhafte Dar- 

stellung der Funktionsweise eines AFM 


– Nanometer-Massstab 

– Ziel des Experiments: Illustration der 

Nanodimension und Erkennen von 

Grössenordnungen 


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Einblicke in die Nanodimension 

Graphit: Mit dem menschlichen Auge 

Graphit: Mit dem Lichtmikroskop 

Graphit: Mit dem Elektronenmikroskop 

Graphit: Mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM) 

Quelle: Bilder: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures 


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Das Rasterkraftmikroskop (I) 

Das Rasterkraftmikroskop oder AFM (Atomic Force Microscope) 

Quelle: Bild: Swiss Nano-Cube 


25

Das Rasterkraftmikroskop (II) 

SCAN 1 

500 nm 


26

Das Rasterkraftmikroskop (III) 

Atome an der Spitze des AFM Fühlers 

abstossende 

Kraft 

Atome auf der 

Probenoberfläche 


27

Das Rasterkraftmikroskop (IV) 

Nadelspitze eines Rasterkraftmikroskops, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop. 

Quelle: CreativeCommons, Originaldatei: http://de.wikipedia.org/ 


28

Das Rasterkraftmikroskop (V) 

Link: http://www.youtube.com/watch?v=MNQqn0uNdqs 


29

Impressionen aus der Nanodimension 

AFM: Oberfläche eines Brillenglases 

Quelle: Bilder: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures 


30


© Dirk Hoffmann - Fotolia.com 

AFM: Oberfläche von Kupfer 

Quelle: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures 


31


AFM: Oberfläche von Kupfer nach Säure oder Laugenbehandlung 

Quelle: CreativeCommons 

Originaldatei: http://de.wikipedia.org 

Quelle: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures 


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Experimente Teil 1: Nanodimension 

1. Zusammenbau des AFM-Lego-Modells 

� Bilden Sie Zweierteams mit jeweils einem Koffer. 

� Öffnen Sie auf dem USB-Stick die PDF-Datei "AFM User 

Manual" 

� Bauen Sie das Lego ® -Modell gemäss der Bauanleitung 

schrittweise zusammen. 

� Schneiden Sie die Papierbahnen aus und kleben Sie 

diese zur "AFM-Probe" (Papierbahn) zusammen. 

� Öffnen Sie die Excel-Datei (AFM-Software DEMO) auf 

ihrem Laptop. 

� Aktivieren Sie die "Makro-Einstellungen" 

� Testen Sie die "Demo-Version" 

� Tragen Sie Ihre Messwerte in die Tabelle ein. 


33

Experimente Teil 1: Nanodimension 


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Die Experimente im Koffer 


– AFM-Modell aus LEGO®- 

Bausteinen. 

– Ziel des Experiments: Modellhafte 

Darstellung der Funktionsweise 

eines AFM. 


– Nanometer-Massstab. 

– Ziel des Experiments: Illustration der 

Nanodimension und Erkennen von 

Grössenordnungen 


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Experimente Teil 2: Der Lotus-Effekt 


– Natürlicher Lotus Effekt 


– Künstlicher Lotus-Effekt: Russ-Schicht auf 

Glas 


– Künstlicher Lotus-Effekt: Russ-Schicht auf 

Metall-Löffel 


– Nano-Textilimprägnierung 

Link: http://www.youtube.com/watch?v=Y_bRmB2RiU0 

schwach benetzbar stark benetzbar 

behandelt unbehandelt 


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Experimente Teil 2: Der Lotus-Effekt 

Führen Sie die folgenden Versuche aus (s. Anleitung) 

� Experiment 3 Natürlicher Lotus-Effekt® auf der Blattoberfläche 

des Lotusblattes 

– Ziel des Experiments: Demonstration des Lotus-Effekts® bei 

getrockneten Blättern der Lotuspflanze. 

� Experiment 4: Künstlicher Lotus-Effekt®: Russ-Schicht auf 

Glas (Objektträger) 

– Ziel des Experiments: Demonstration des künstlichen 

Lotus-Effekts®, erzeugt durch eine Russschicht auf einen 

gläsernen Objektträger. 

� Experiment 5: Künstlicher Lotus-Effekt®: Russ-Schicht auf 

Metall (Löffeloberfläche) 


Lotus-Effekts®, erzeugt durch eine Russschicht auf einem 

Metall-Löffel. 

� Experiment 6: Künstlicher Lotus-Effekt®: Nano- 

Textilimprägnierung. 


Lotus-Effekts® anhand einer Nano-Imprägnierung für 

Textilien. 


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Marktplatz: Lehrmittel und Lernformen 

1. Lehrmittel 

� Swiss Nano-Cube 

(www.swissnanocube.ch) 

– Informationen "Alles über Nano" 

– Nanorama-Loft (interakt. Quiz) 

– Unterrichtsmodule / Experimente 

� Weitere Broschüren und Infomaterial 

(s. Auslage) 


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Marktplatz: Lernformen 

Hintergrund 

� Einsatz im Biologie-, Chemie-, oder Physikunterricht 

� Experimente sind einfach und ungefährlich. 

� Können von Lernenden selber ausgeführt werden. 

� Experimente können in Einzel- oder Gruppenarbeit 

durchgeführt werden (Ideal: 1 Koffer pro 2-3 

Schüler) 

� Einführung in die Themenblöcke jeweils durch die 

Lehrperson anschl. praktisches Arbeiten 

� Verschiedenen Unterrichtsformen möglich (Werkstatt, 

Praktikum, etc.) 

� Verbrauchsmaterialien können nachbestellt bzw. im 

Handel besorgt werden. 


39

Mögliche Unterrichtssequenz "Nano" 

Zeit Thema Ablauf Material Besonderes 

1 Lektion Nanotechnologie 

im Alltag 

Doppellektion 

Doppellektion 

Doppellektion 

SimplyNano- 

Experimente 

(Nanodimension) 

SimplyNano- 

Experimente 

(Lotus-Effekt) 

SimplyNano- 

Experimente 

(Reaktivität) 

L: Kurze Einführung in das Thema Nanotechnologie 

S: Bearbeiten in 2er-Teams das Quiz (42 Produkte finden 

und Fragen richtig beantworten) "Nanorama-Loft" im 

Swiss Nano-Cube (www.swissnanocube.ch) Fragen zu 

Nanomaterialien beantworten. 

L: Kurze Einführung (20`) mit PPT 

S: AFM-Lego Modell zusammenbauen & messen 

S: Nanomassstab ausschneiden, aufkleben, 


S: Lotus-Effekte auf natürlichem Material (Blätter) und 

technischen Materialien (Glas, Metall, Holz, Ton, Stein, 

Textil) 


S: Oberfläche-Volumen-Verhältnis von Würfeln und 

anderen geom. Körpern bestimmen, Löslichkeitsversuche 

im Labor 

1 Lektion Abschluss: Fragen beantworten, weitere Themen vertiefen (z. B. 

Chancen & Risiken der NT, Nanotechnologie in 

verschiedenen Berufen etc.) 

1 Laptop pro 2 Schüler/ 

PC mit Internetanschluss 

1 Laptop / Gruppe 

Schere, Leimstift, Scotch 

Malerklebeband, 

Pflanzenblätter mit 

Lotuseffekt (Kohlrabi, 

Kohl, Frauenmantel, 

Gräser), Holz, Ton, Stein 

Taschenrechner, Excel- 

Tabelle 

Die Webseite Swiss Nano- 

Cube enthält sehr viele 

weitere Informationen für 

Lehrpersonen. 

Material , welches 

oberflächenbehandelt wird 

muss vorgängig abgeklebt 

werden, Trocknung ca. 1-2 

Stunden 

Die Webseite Swiss Nano- 

Cube bietet hier ebenfalls 

weiterführendes Material. 


40

Evaluation 

Vielen Dank, dass Sie den Fragebogen ausfüllen! 

Bestellungen für weitere Koffer richten Sie an: 

SimplyScience Stiftung 

z.Hd. Herrn Thomas Flüeler 

Nordstrasse 15 

Postfach 

CH-8021 Zürich 

(Interesse für weitere Koffer 

kann auch auf Feedbackformular 

angegeben werden.) 


41

SimplyNano 1 

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 

christoph.meili@innovationsgesellschaft.ch 

sascha.schwarzkopf@innovationsgesellschaft.ch 




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„SimplyNano 1“-Koffer - Die Innovationsgesellschaft

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