Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
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3 Nanotechnologie für den Unterricht? Des Weiteren liegt der NanoSchoolBox eine Broschüre mit zahlreichen Versuchsbeschrei- bungen bei. Diese können mit Hilfe der mitgelieferten Chemikalien und Utensilien durch- geführt werden. Abb. 3.4: Der Inhalt der Nanoschoolbox von NanoBioNet [Foto aus persönlicher Kor- respondenz mit M. Monzel - NanoBioNet e.V.] Dabei handelt es sich um folgende Versuche: 16 1. Vom Lotuseffekt zur technischen Anwendung von Nanoschichten In dieser Versuchseinheit werden erst die Oberflächeneigenschaften von verschiedenen Papiersorten und Pflanzen untersucht. In einem weiteren Versuch kann man mit dem mitgelieferten Holz-/Steinbeschichtungsspray eine Lotusoberläche auf Holz bzw. Steinen erzeugen. Schließlich ist mit der Sprühflasche „Textilienbeschichtung“ auch auf Textilien eine hydrophobe Oberfläche herstellbar. Mit der „Zaubertinte“ kann man auch auf einer Glasoberfläche eine hydrophile Oberfläche herstellen. 2. Funktionalität durch Nanotechnologie In der NanoSchoolBox befinden sich drei MDF-Platten mit Holzdekor, die je zu einer Hälfte mit einer 10 µm Schutzbeschichtung in der Nanopartikel eingearbeitet sind. Die behandelte Fläche ist resistent gegen eine mechanische Beanspruchung wie beispielsweise Abrieb durch Stahlwolle.
3.2 Unterrichtsmaterialien Beim Experiment „Brandschutz“ wird mit Hilfe der Sprühflasche „Brandschutz“ eine Flüssigkeit auf Papier aufgetragen. Bei Erwärmung des Papiers mit einer Flamme bildet sich Stickstoffgas, so dass das Papier nicht brennt. Ein weiteres funktionelles Anwendungsgebiet von Nanotechnologie ist die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit durch Indiumzinnoxid. Die Durchführung dieses Ver- suches ist mit Hilfe des mitgelieferten Demoglases mit dieser speziellen Beschich- tung möglich. Durch Einbauen dieser Glasplatte in einen Stromkreis kann man einen Stromfluss messen. 3. Einsatz von Titandioxid in der Nanotechnologie Hierzu findet man eine Halbkugel, die mit Titandioxid beschichtet ist. Man kann eine Änderung der Farbe der Kugel in Abhängigkeit des Betrachtungswinkels fest- stellen. Ein weiterer Versuch zeigt die Entfärbung eines Farbstoffes, der durch die Verwendung von Titandioxid beschleunigt wird. 4. Ferrofluide Mit dem mitgelieferten Ferrofluid können die Rosensweig-Instabilitäten, die entste- hen, wenn man ein externes magnetisches Feld an das Fluid annähert, demonstriert werden. Weiterhin kann die Änderung der „virtuellen Dichte“ des Ferrofluides bei Anlegen eines Magnetfelds veranschaulicht werden. 5. Nanoskalige Gold-Kolloide Als Einführung wird ein Versuch zum Tyndall-Effekt, d.h. der Streuung von Licht am submikroskopischen Schwebeteilchen, gezeigt. Dieser kann zum Nachweis verwendet werden, dass sich in einer Lösung mikroskopisch kleine Teilchen der Größenordnung des sichtbaren Lichts befinden. In einem weiteren Versuch wird mit Hilfe der sog. Citratmethode nanoskaliges Gold hergestellt. Nach einer gewissen Zeit färbt sich die Goldlösung rubinrot. Beim Schwangerschaftstest macht man sich die lichtabsorbie- rende Eigenschaft von Goldnanopartikeln zum Nachweis von Biomolekülen zu Nutze. 6. Formgedächtnis-Effekt Auch ist ein Versuch zum Formgedächtnis-Effekt mitgeliefert. Dieser funktioniert je- doch weder mit Nanopartikeln noch mit Nano-Schichten. Lediglich die Bewegung eines Memory-Metalls beruht auf einer Bewegung in der Nanometer-Ebene. So kann man eine Büroklammer aus NITINOL, eine Verbindung aus Nickel und Titan, be- liebig verbiegen. Wenn man diese anschließend zeitnah erwärmt, springt der Draht wieder in seine ursprüngliche Form zurück. 17
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3 <strong>Nanotechnologie</strong> für den Unterricht?<br />
Des Weiteren liegt <strong>der</strong> NanoSchoolBox e<strong>in</strong>e Broschüre mit zahlreichen Versuchsbeschrei-<br />
bungen bei. Diese können mit Hilfe <strong>der</strong> mitgelieferten Chemikalien und Utensilien durch-<br />
geführt werden.<br />
Abb. 3.4: Der Inhalt <strong>der</strong> Nanoschoolbox von NanoBioNet [Foto aus persönlicher Kor-<br />
respondenz mit M. Monzel - NanoBioNet e.V.]<br />
Dabei handelt es sich um folgende Versuche:<br />
16<br />
1. Vom Lotuseffekt zur technischen Anwendung von Nanoschichten<br />
In dieser Versuchse<strong>in</strong>heit werden erst die Oberflächeneigenschaften von verschiedenen<br />
Papiersorten und Pflanzen untersucht. In e<strong>in</strong>em weiteren Versuch kann man mit<br />
dem mitgelieferten Holz-/Ste<strong>in</strong>beschichtungsspray e<strong>in</strong>e Lotusoberläche auf Holz bzw.<br />
Ste<strong>in</strong>en erzeugen. Schließlich ist mit <strong>der</strong> Sprühflasche „Textilienbeschichtung“ auch<br />
auf Textilien e<strong>in</strong>e hydrophobe Oberfläche herstellbar. Mit <strong>der</strong> „Zaubert<strong>in</strong>te“ kann<br />
man auch auf e<strong>in</strong>er Glasoberfläche e<strong>in</strong>e hydrophile Oberfläche herstellen.<br />
2. Funktionalität durch <strong>Nanotechnologie</strong><br />
In <strong>der</strong> NanoSchoolBox bef<strong>in</strong>den sich drei MDF-Platten mit Holzdekor, die je zu<br />
e<strong>in</strong>er Hälfte mit e<strong>in</strong>er 10 µm Schutzbeschichtung <strong>in</strong> <strong>der</strong> Nanopartikel e<strong>in</strong>gearbeitet<br />
s<strong>in</strong>d. Die behandelte Fläche ist resistent gegen e<strong>in</strong>e mechanische Beanspruchung wie<br />
beispielsweise Abrieb durch Stahlwolle.