Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
10 Herstellungsmethoden von Ferrofluiden Es bildet sich ein schwarzer Niederschlag Fe 3 O 4 , das heißt das gewünschte Magnetit. Das Reaktionsprodukt wird gefiltert, um Salze und überschüssiges Natriumchlorid zu ent- fernen. Schließlich wird der Niederschlag mehrere Male mit Wasser und am Ende nochmals mit einer HCl-Lösung mit einer Konzentration von 0, 01 mol/l gewaschen. Abschließend mischt man den Niederschlag mit einer 0, 5 %-igen Seifenlösung und kocht ihn für eine kurze Zeit auf. Der Niederschlag ist nun, bis auf eine kleine Menge an undispergierten Oxiden, welche durch einen erneuten Filterprozess der heißen Flüssigkeit entfernt werden, vollkommen kolloidal. In diesem vorgestellten Beispiel handelt es sich um ein Ferrofluid auf Wasserbasis, da das Dispergierungsmittel in diesem Fall eine wässrige Lösung ist. 10.4 Eigene Herstellungsversuche Ein Ziel dieser Arbeit war es, selbst ein Ferrofluid herzustellen, das die gewünschten Ro- sensweig Instabilitäten zeigt. Dabei sollte der Herstellungsprozess so einfach wie möglich sein, damit auch Schüler selbst ein solches Fluid herstellen könnten. Versuche hierzu sollen im nun folgenden Abschnitt erläutert werden: Die ersten Versuche, ein Ferrofluid selbst herzustellen erfolgten nach einer Anleitung, die sich auf der CD-Rom Wunderwelt der Nanomaterialien des Verbandes der chemischen Industrie VCI befindet und die der Nanobox des Verbandes beiliegt [VCIb]. 10.4.1 Anleitung aus der Nanobox des VCI Benötigte Chemikalien und Utensilien: Chemikalien Behälter Sonstiges 5, 43 g FeCl 3 · 6 H 2 O 3 Bechergläser à 50 ml Waage (Max. Fehler ±0, 01 g) 2, 00 g FeCl 2 · 4 H 2 O 1 Becherglas à 100 ml Spatel 8, 0 g NaOH 1 Becherglas à 400 ml Heizplatte mit Magnetrührer 2, 8 g Ölsäure Thermometer 25 ml n-Decan pH-Papier destilliertes Wasser feiner Papierfilter Trockenschrank Zu Beginn wird das Eisen(III)chlorid in 20 bzw. das Eisen(II)chlorid in 30 ml destilliertem 116
10.4 Eigene Herstellungsversuche Wasser in je einem 50 ml-Becherglas mit einem Magnetrührer gelöst und anschließend in dem 100 ml-Glas zusammengemischt. Abb. 10.2: In Wasser gelöstes Eisen(II)chlorid (grün) und Eisen(III)chlorid (braun) Im 400 ml-Becherglas werden 8 g NaOH in 200 ml Wasser gelöst. In diese Lauge wird unter starkem Rühren die Eisensalzlösung zügig hinzugegeben, wobei sich ein schwarzer Nieder- schlag bildet. Diese Suspension wird weitere 15 Minuten gerührt. Im Anschluss lässt man die Magnetitpartikel sedimentieren. Es bilden sich zwei Phasen, eine klare Lösung und ein schwarzer Schlamm. Erstere wird abdekantiert. Dem übrigge- bliebenen Niederschlag werden 200 ml Wasser hinzugegeben, das ganze Gemisch aufge- rührt und schließlich wieder in Ruhe stehen gelassen, bis man erneut die klare Flüssigkeit abschütten kann. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der pH-Wert der klaren, abdekantierten Flüssigkeit 10 beträgt. Dem Niederschlag werden erneut 200 ml H 2 O hinzugegeben und das Ganze wird unter kräftigem Rühren auf etwa 80 ◦ C erhitzt. Hat die Mischung diese Temperatur erreicht, gibt man anschließend 2, 8 g Ölsäure hinzu. Nach weiteren 15 Minuten Rühren hat sich eine zähe Paste gebildet, die sich vom Wasser trennt. Die überstehende Flüssigkeit wird nun von der Paste abgeschüttet und die Paste ein wei- teres Mal mit Wasser gewaschen. Nun soll das Wasser so gut wie möglich von der Paste entfernt werden. Dazu sollte diese bei maximal 55 ◦ C in einem Trockenschrank getrocknet werden. Die wasserfreie Paste wird nun in 25 ml n-Decan dispergiert, was bei 15-minütigem Rühren geschieht. Das so entstandene Fluid wird letztendlich noch durch einen Papierfilter filtriert. Sollte kein Trockenschrank zur Verfügung stehen, muss man darauf achten, dass möglichst wenig Wasser an der Paste hängen bleibt. Denn wenn die Trocknung nicht vollständig 117
- Seite 80 und 81: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
- Seite 82 und 83: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
- Seite 84 und 85: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
- Seite 86 und 87: 5 Spitzenpräparation Abb. 5.1: Ras
- Seite 88 und 89: 6 Verwendung des vorhandenen RTM 6.
- Seite 90 und 91: 6 Verwendung des vorhandenen RTM 76
- Seite 92 und 93: 6 Verwendung des vorhandenen RTM wi
- Seite 94 und 95: 6 Verwendung des vorhandenen RTM Ab
- Seite 96 und 97: 6 Verwendung des vorhandenen RTM 82
- Seite 98 und 99: 7 Ferienakademie des Piezokristalls
- Seite 100 und 101: 7 Ferienakademie 86
- Seite 103 und 104: Ferrofluide, Magnetismus und Curie-
- Seite 105 und 106: 8.2 Magnetismus Abb. 8.1: Erklärun
- Seite 107 und 108: 8.4 Hysterese Abb. 8.2: Ausrichtung
- Seite 109 und 110: 8.5 Sonderstellung von Ferrofluiden
- Seite 111 und 112: 8.7 Rosensweig Instabilitäten In A
- Seite 113 und 114: 8.8 Modellvorstellung zum Magnetism
- Seite 115 und 116: Physikalische Anforderungen an ein
- Seite 117 und 118: Eth > Epot 9.1 Bedingungen an die P
- Seite 119 und 120: 9.2 Attraktive Wechselwirkungen Ema
- Seite 121 und 122: 9.2 Attraktive Wechselwirkungen A i
- Seite 123 und 124: 9.3 Repulsive Wechselwirkungen geei
- Seite 125 und 126: 9.3 Repulsive Wechselwirkungen mit
- Seite 127 und 128: Herstellungsmethoden von Ferrofluid
- Seite 129: 10.3 Niederschlagsmethode in der Gr
- Seite 133 und 134: 10.4 Eigene Herstellungsversuche zu
- Seite 135 und 136: 10.4 Eigene Herstellungsversuche Ab
- Seite 137 und 138: 10.4 Eigene Herstellungsversuche Mi
- Seite 139 und 140: Anwendungsbereiche von Ferrofluiden
- Seite 141 und 142: 11.3 Anwendungen im medizinischen B
- Seite 143 und 144: weiter an und es bildeten sich Meta
- Seite 145 und 146: Vorteile des Einsatzes von Nanopart
- Seite 147 und 148: Ferrofluide im Schulunterricht 12 I
- Seite 149 und 150: 12.2 Mögliche Schulversuche 12.2 M
- Seite 151 und 152: 12.2 Mögliche Schulversuche dem Be
- Seite 153 und 154: N S 12.3 Versuche mit Ferrofluiden
- Seite 155 und 156: 12.3 Versuche mit Ferrofluiden Wahl
- Seite 157 und 158: 12.3 Versuche mit Ferrofluiden (a)
- Seite 159 und 160: Schlussbemerkung 13 Aus den vorange
- Seite 161 und 162: LITERATURVERZEICHNIS Literaturverze
- Seite 163 und 164: Springer Verlag, Berlin, Heidelberg
- Seite 165 und 166: Scanning, 10:128-138, 1988. LITERAT
- Seite 167 und 168: LITERATURVERZEICHNIS [Pap65] Papell
- Seite 169 und 170: Danksagung 14 Zum Abschluss dieser
- Seite 171 und 172: Selbstständigkeitserklärung 15 Hi
- Seite 173: Teil III Anhang 159
- Seite 176 und 177: A Das Rastertunnelmikroskop 162
- Seite 178 und 179: A Das Rastertunnelmikroskop 164
10 Herstellungsmethoden von Ferrofluiden<br />
Es bildet sich e<strong>in</strong> schwarzer Nie<strong>der</strong>schlag Fe 3 O 4 , das heißt das gewünschte Magnetit.<br />
Das Reaktionsprodukt wird gefiltert, um Salze und überschüssiges Natriumchlorid zu ent-<br />
fernen. Schließlich wird <strong>der</strong> Nie<strong>der</strong>schlag mehrere Male mit Wasser und am Ende nochmals<br />
mit e<strong>in</strong>er HCl-Lösung mit e<strong>in</strong>er Konzentration von 0, 01 mol/l gewaschen. Abschließend<br />
mischt man den Nie<strong>der</strong>schlag mit e<strong>in</strong>er 0, 5 %-igen Seifenlösung und kocht ihn für e<strong>in</strong>e<br />
kurze Zeit auf. Der Nie<strong>der</strong>schlag ist nun, bis auf e<strong>in</strong>e kle<strong>in</strong>e Menge an undispergierten<br />
Oxiden, welche durch e<strong>in</strong>en erneuten Filterprozess <strong>der</strong> heißen Flüssigkeit entfernt werden,<br />
vollkommen kolloidal.<br />
In diesem vorgestellten Beispiel handelt es sich um e<strong>in</strong> Ferrofluid auf Wasserbasis, da das<br />
Dispergierungsmittel <strong>in</strong> diesem Fall e<strong>in</strong>e wässrige Lösung ist.<br />
10.4 Eigene Herstellungsversuche<br />
E<strong>in</strong> Ziel dieser Arbeit war es, selbst e<strong>in</strong> Ferrofluid herzustellen, das die gewünschten Ro-<br />
sensweig Instabilitäten zeigt. Dabei sollte <strong>der</strong> Herstellungsprozess so e<strong>in</strong>fach wie möglich<br />
se<strong>in</strong>, damit auch Schüler selbst e<strong>in</strong> solches Fluid herstellen könnten. Versuche hierzu sollen<br />
im nun folgenden Abschnitt erläutert werden:<br />
Die ersten Versuche, e<strong>in</strong> Ferrofluid selbst herzustellen erfolgten nach e<strong>in</strong>er Anleitung, die<br />
sich auf <strong>der</strong> CD-Rom Wun<strong>der</strong>welt <strong>der</strong> Nanomaterialien des Verbandes <strong>der</strong> chemischen<br />
Industrie VCI bef<strong>in</strong>det und die <strong>der</strong> Nanobox des Verbandes beiliegt [VCIb].<br />
10.4.1 Anleitung aus <strong>der</strong> Nanobox des VCI<br />
Benötigte Chemikalien und Utensilien:<br />
Chemikalien Behälter Sonstiges<br />
5, 43 g FeCl 3 · 6 H 2 O 3 Bechergläser à 50 ml Waage (Max. Fehler ±0, 01 g)<br />
2, 00 g FeCl 2 · 4 H 2 O 1 Becherglas à 100 ml Spatel<br />
8, 0 g NaOH 1 Becherglas à 400 ml Heizplatte mit Magnetrührer<br />
2, 8 g Ölsäure Thermometer<br />
25 ml n-Decan pH-Papier<br />
destilliertes Wasser fe<strong>in</strong>er Papierfilter<br />
Trockenschrank<br />
Zu Beg<strong>in</strong>n wird das Eisen(III)chlorid <strong>in</strong> 20 bzw. das Eisen(II)chlorid <strong>in</strong> 30 ml destilliertem<br />
116