Projektkurs Nanotechnologie

Warum ist der Himmel blau…

… und kann morgens und abends auch rötliche Farben annehmen? Die Antwort unter anderem auf diese Frage wurde im Laufe des ersten Physik-Projektkurses erforscht.

Ein Jahr lang beschäftigten sich neun Schülerinnen und Schüler aus der Qualifikationsphase mit Lehrer Herrn Inderfurth in dem Projektkurs mit dem Bereich der Nanotechnologie. Und dieser Bereich ist vielfältig und begegnet uns täglich im Alltag. Einen Eindruck zu der Frage, wo Nanotechnologie überall vorhanden ist, lieferten die Besuche des Evonik-Schülerlabors der Universität Duisburg-Essen. Von dem Erforschen der Zusammensetzung von Sonnencreme und dem Aufbau von Handydisplays bis zur Herstellung einer Farbstoff-Solarzelle, all dies im Schülerlabor in Duisburg möglich. Das Labor ist mit besonderen Gerätschaften, wie hochauflösenden Lichtmikroskopen, einem Rasterelektronenmikroskop und UV-Spektrometern ausgestattet und bietet somit mehr Möglichkeiten für die Erforschung des Nanobereichs als die Ausstattung einer Schule.
Bei den Besuchen in Duisburg wurden unter Anleitung von Physikstudenten einige Versuche durchgeführt, bei denen die unterschiedlichen Geräte zum Einsatz kamen, um diese besser kennenzulernen. Denn für den weiteren Verlauf des Projektkurses sollten sich die Teilnehmerinnen und Teilnehmer auf einen selbst gewählten Bereich der Nanotechnologie fokussieren und hierbei Versuche durchführen, die in die abschließende Projektarbeit einfließen und konnten hierbei auf die Instrumente des Schülerlabors und die Unterstützung der Studenten zurückgreifen.

Das breite Spektrum des Themenbereichs der Nanotechnologie spiegelt sich auch bei der Themenauswahl wider. Bei der Entwicklung von Produkten mit besonderen Eigenschaften und Oberflächen orientieren sich die Forscher häufig an natürlichen Vorbildern, beispielsweise bei Carbon-Anzügen. Im Vergleich kann man den Unterschied zwischen einer normalen Stofffaser (links) und einer Carbonfaser (rechts) bei Betrachtung mit Hilfe des Rasterelektronenmikroskops erkennen.


Abb.: Nick Behrends

Einige Bereiche überschneiden sich auch mit dem Themenfeld der Chemie. Sogenannte Ferrofluide, also Flüssigkeiten, die magnetisch sind und den Menschen neue zukunftsweisende Möglichkeiten eröffnen, konnten sogar in der Schule mit Unterstützung des Chemie-Kollegen Herrn Dr. Merckens hergestellt werden.


Foto: Philipp Eckers und Georg Wallmeier

Glas hat sich in den letzten Jahrtausenden zu einem nicht mehr wegzudenkenden Material entwickelt, ist nahezu in allen Arten von Bauwerken in unterschiedlicher Form auffindbar. Rollladen und Vorhänge sorgen häufig dafür, dass Fenster vor Blicken und Sonneneinstrahlung geschützt sind, das Glas der Zukunft jedoch ist intelligent. Sogenanntes „elektrochromes Glas“ ist eine tönbare Verglasung, die sich durch eine Energiequelle, die zum Beispiel durch elektrischen Strom oder natürlicher Sonneneinstrahlung entsteht, verfärbt. Solch eine Eigenschaft kann mithilfe einer „Berliner-Blau-Schicht“ erzeugt werden, die im Projektkurs ebenfalls selber hergestellt werden konnte.


Foto: Nele Gormanns und Julia Schürmanns

Mithilfe der Nanoforschung können auch Phänomene des Alltags erklärt werden, wie bereits eben genannt die Entstehung des Himmelblaus und des Morgen- und Abendrots. Diese Wahrnehmung hängt nämlich mit der Zusammensetzung der Luft zusammen, deren Moleküle für die Streuung des Lichts verantwortlich sind.



Abbildungen: Joel Edeme und Luis Lopes

Nanotechnologie ist eine Technologie mit Zukunft, kann zur Sicherheit des Menschen beitragen, beispielsweise in der Automobilindustrie. Aber es gibt auch Risiken, die Nanopartikel mit sich bringen, unter anderem in der Textilindustrie, einem der wichtigsten Bereiche, in dem die Nanotechnologie Anwendung findet. Sie sorgt beispielsweise für wasserabweisende oder feuerbeständige Kleidung, aber die verwendeten Nanomaterialien, zum Beispiel Silber, Aluminiumoxid oder Zinkoxid können bei Herstellung und Reinigung in die Luft und in die Kanalisation gelangen. Da sie teilweise in der Kläranlage nicht rückstandslos aus dem Wasser entfernt werden können, sorgen sie für ein Risiko für Menschen, Tiere und Pflanzen.

 

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