Die Nano-AG – Ein Blick in die Nanowelt

Die Nanotechnologie beinhaltet die Herstellung und Untersuchung von Teilchen (Cluster aus Atomen oder Molekülen) und Strukturen im Nanometerbereich (1 nm = 0,000000001 m). Während Atome und einfache Moleküle eine Größe von ca. 0,1 nm aufweisen, haben Nanoteilchen Abmessungen von ca. 1 bis 10 nm, bestehen also aus 1000 bis zu mehreren Millionen Atomen.
Obwohl diese Größendimensionen so klein sind, dass man sie weder mit Hilfe eines optischen Mikroskops beobachten kann, drängen Produkte auf Basis von Nanomaterialien auf den Markt, die die besonderen physikalischen Eigenschaften der Nanopartikel nutzen. Um Schülern einerseits Einblick in dieses neue Gebiet zu geben und anderseits ihnen den Nanotechnologie Standort Würzburg vorzustellen, wurde im Schuljahr 2008/2009 eine Experimentiergruppe eingerichtet, die von Schülern der neunten und zehnten Klasse besucht wurde.

Ein wichtiger Anwendungsbereich der Nanotechnologie im Alltag ist die schmutzabweisende und antibiotisch wirkende Oberflächenbeschichtung, die z.B. bei der Beschichtung von Hausfassaden oder Duschkabinen eingesetzt wird. Die Oberfläche wird hierbei bewusst auf einer Nanoskala „aufgeraut“, sodass Wasser die Oberfläche nicht mehr benetzen kann, sondern von der Oberfläche abperlt. Bekannt ist dieser Effekt auch unter den Namen Lotuseffekt, da die Natur schon lange kann, was der Mensch ihr jetzt nachmacht.tl_files/Bilder_Faecher/Physik/Arbeitsgruppe.jpg
Ziel der Experimente der Nano-AG ist es kommerziell angebotene Nanobeschichtungen, die auch nachträglich auf Oberflächen aufgebracht werden können, auf ihre Güte und Widerstandsfähigkeit im Alltag hin zu untersuchen. Die Firma Nadico stellte ihr hierfür zwei ihrer kommerziell vertriebenen Nanobeschichtungslösungen zu Verfügung. Mit diesen Produkten wurden Glasoberflächen beschichtet und nachträglich die Güte der Oberfläche mit Hilfe einer Kontaktwinkelmessung untersucht. Hierbei wird ein Wassertropfen auf die Glasoberfläche aufgebracht. Die Tropfenform, die sich ausbildet und der Winkel der Tropfenoberfläche beschreibt hierbei, wie gut der Tropfen von der Oberfläche abperlt. Das hierfür eingesetzte Kontaktwinkelmessgerät wurde von den Schülern selbst gebaut und die Software zur genauen Bestimmung ebenfalls von Schülern programmiert.
Die Experimente zeigten, dass die nachträglich aufgebrachten Beschichtungen sehr robust sind, da sogar nach mehreren hundert Reinigungsschritten und unter dem Einsatz von Microfasertüchern der Abperleffekt erhalten bleibt. Die Nanolösung stellt somit eine brauchbare Möglichkeit dar, alltägliche Gegenstände wie Duschkabinen und Steinplatten nachträglich zu beschichten.
Ein Unterrichtsgang zum Frauenhofer Institut für Silikatforschung zeigte den Schülern wie solche Oberflächen auf den Nanoskala bezüglich ihres chemischen und strukturellen Aufbaus hin untersucht werden können. Zu sehen war hierbei u.a. der Einsatz eines Rasterelektronenmikroskops und eines Rasterkraftmikroskops.
Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen werden beim 3. Schülerwettbewerb zur Nanotechnologie am 31.Juli.2009 eingereicht.

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