- Superparamagnetischer Stoff -

Superparamagnetische Stoffe bestehen aus einzelnen Teilchen (z.B. Eisen), die nicht größer als 30nm sind. Superparamagnetische Stoffe sind nur in einem starken Magnetfeld magnetisch. Enfernt man dieses, verlieren sie sofort ihre magnetische Wirkung.

Verwendet werden sie z.B. in der Medizin zur Tumorbekämpfung oder in magnetischen Schaltern und Dichtungen.

Weitere Infos, sowohl über die Ursachen als auch über das Auftreten und die Bedeutung, findet ihr unter:http://de.wikipedia.org/wiki/Superparamagnetismus 

Versuche mit einem superparamagnetischen Stoff

Materialien: superparamagnetische Flüssigkeit, Starker Magnet und Laserpointer

1) Mithilfe des Magneten kann man die Flüssigkeit im Becherglas bewegen.

2) 1 Tropfen superparamagnetische Flüssigkeit in 20ml Wasser verdünnen. In einem dunklen Raum kann man nun den Laser durch das Becherglas leuchten.

Man sieht einen geraden Strahl, der durch die Flüssigkeit geht.

 

 

Laserstrahl durch die superparamagnetische Flüssigkeit

Nun stellt man Filterkaffee her und leuchtet auch durch diese Flüssigkeit mit dem Laserpointer.

Hier ist der Laserstrahl nur undeutlich zu erkennen.

 

 

 

 

 

 

undeutlicher Laserstrahl im Filterkaffee

Dies liegt daran, dass...

... magnetische Flüssigkeiten einen wesentlich höheren Feststoffgehalt auweisen. Dieser ist nötig um den Laserstrahl so deutlich zu zeigen.

- Die Grätzelzelle -

Die Grätzelzelle ist nach ihrem Erfinder Prof.. Grätzel benannt.

Sie ist eine neuartige Solarzelle, die die Fotosynthese überspringt und Solarenergie sofort in Strom umwandelt ->Photovoltaik. Die Grätzelzelle kann viel mehr Sonnenlicht in Strom umwandeln, als eine herkömmliche Solarzelle.

Dies funktioniert durch einen synthetischen Farbstoff, wobei man auch Chlorophyll und  viele weitere Naturfarbstoffe verwenden kann (z.B. Anthocyane = roter Farbstoff in Beeren und Hibiskusblüten).

Die Zelle besteht aus 2 aufeinanderliegenden Glasplatten. Die eine Glasplatte ist mit dem Halbleiter Titandioxid und einer synthetischen Farbstoffschicht beschichtet (= negative Elektrode), die andere ist ebenfalls mit einer leitenden Schicht, aber auch mit Platin beschichtet (= postive Elektrode).

Wenn Licht auf die Solarzelle trifft, lösen sich Elektronen aus dem Farbstoff. Diese streben im Titandioxid auf die Elektrode zu und geben ihre Energie an das angeschlossenen Gerät ab. Durch die positive Elektrode wandern sie in die Solarzelle zurück, wobei sie durch eine Elektrolytlösung zu den positive Farbstoffatomen transportiert werden. Das Platin wird dabei als Katalysator (= Prozessbeschleuniger) genutzt.

Weitere Infos zur Grätzelzelle, Aufbau und ihre Bedeutung findet ihr unter:

http://www.energie-visions.de/lexikon/graetzel-zelle.html

Herstellen einer Grätzelzelle

Materialien: Krokodilkabel, Diode, eine beschichtete und eine unbeschichtete Glasplatte, getrocknete Hibiskusblüten, Elektrolyt, Bleistift, Büroklammern

1) Bau der positiven Elektrode

Die unbeschichtete Glasplatte muss auf der elektrisch leitenden Seite (die Seite, die den größeren Widerstand anzeigt) mit einem Bleistift vollkommen eingeschwärzt werden, um Graphit anzubringen.

mit Graphit beschichtete Glasplatte

2) Bau der negativen Elektrode

Die beschichtete Glasplatte muss  mit der Titandioxidschicht nach oben in einer Farbstofflösung für 5-15 Minuten eingefärbt werden. Zum Herstellen der Farbstofflösung übergießt man getrocknete Hibiskusbläten mit kochendem Wasser. Die Farbstofflösung muss die Glasplatte vollkommen bedecken und die Titandioxidschicht rot-violett färben.

rot-violette Farbstofflösung aus Hibiskusblüten

Die Glasplatte wird danach vorsichtig mit Wasser abgespült um überflüssigen Farbstoff zu entfernen. Die Elektrode wird nun mit einem Föhn getrocknet.

3) Zusammenbau der Solarzelle

Die beiden Glasplatten werden aufeinander gelegt, wobei die rot-violette Titandioxidseite die Graphitschicht berühren muss. Sie werden mit Büroklammern aufeinander befestigt. Die beiden Elektroden werden versetzt an der Grätzelzelle angebracht und an Krokodilkabeln angeschlossen.

fertige Grätzelzelle

 

Nun kann man die Grätzelzelle an ein Mulitimeter anschließen und so die erzeugte Elektrizität messen.

Messen des Stroms (bei Beleuchtung)

Bei einer Beleuchtungsstärke von 48 lux schaffte unsere Grätzelzelle 0.23 V

Messergebnis

 

- Gefahr Nanotechnologie? -

Ein großer Nachteil  der Nanotechnologie ist, dass sie noch relativ unerforscht ist. Vorallem im Bezug auf ihre Risiken und Gefahren. Deshalb empfielt das UBA (=Umweltbundesamt) Produkte, die Nanomaterialien enthalten, zu vermeiden, so lange die Wirkungen nicht geklärt sind.
Natürlich bietet die Nanotechnologie viele Möglichkeiten zum verbesserten (klimafreundlicheren) Leben, allerdings bringt sie auch Gefahren für Mensch und Umwelt mit sich.

So ergaben z.B. Studien, dass die winzig kleinen Nanopartikel über Atemwege, aber auch Haut und Mund, in den menschlichen Körper gelangen können. Dort kommen sie sogar bis in die Lunge, in der sie Entzündungen und Lungenkrankheiten hervorrufen können.

Außerdem wurde bewiesen, dass Nanopartikel sogar in die menschlichen Körperzellen kommen und dort die DNS schädigen. Auch können sie der Hirnentwicklung bei Föten schädigen.

Tierversuche ergaben, dass Nanopartikel bei z.B. Mäusen eine ähnlich schädliche Wirkung wie Asbetfasern haben können (Asbetfasern erhöhen z.B. die Gefahr an Lungenkrebs zu erkranken).

Allerdings wird bestätigt, dass fest eingeschlossene Nanopartikel, wie z.B. in Autolacken und Handys, keine große gesundheitschädliche Wirkung hat.
Aber nicht eingeschlossenen Partikel wie z.B. in Textilien, Kosmetika und seit Neustem auch in Nahrungsmittel (z.B. zur Verhinderung eines Grauschleiers bei Schokoriegeln) können sofort in unseren Körper eindringen.

Fakt ist also: Nanotechnologie muss unbedingt besser erforscht werden. Denn es bietet uns unglaublich viele Möglichkeiten, unser Leben zu verbessern. Allerdings sollte dies nicht geschehen, bevor wir über alle Risiken für uns und unsere Umwelt aufgeklärt sind.

Einen interessanten Artikel rund um die Risiken und Studien zur Nanotechnologie findet ihr unter:
http://www.heise.de/tp/artikel/16/16710/1.html

- Versuche mit Nanosilber -

Herstellen von Nanosilber:
Wir hatten verschiedene Rezepte zum Herstellen einer Nanosilberlösung
1) 10ml Silbernitratlösung (c= 0,1 mol/L) mit 55 ml destillierten Wasser und 0,25 ml Tanninlösung (1g in 1L Wasser) auf 60 Grad erhitzen. Dazu gaben wir langsam 1ml Natriumcarbonat (Soda, c= 0,01 mol/L).


Ergebnis: Bei jeden von uns wurde die Lösung braun-schwarz anstatt gold-gelb. Wir vermuten, dass die Tanninlösung alt war und deshalb das Bilden von großen Silberatomen nicht verhindert hat.


2) 10ml Silbernitratlösung ( c= 0,001 mol/L) erwärmen und dazu 0,4 ml 1% Natriumcitratlösung geben. Dies haben wir weitererhitzt, bis die Lösung schwach gelb wurde.

Ergebnis: goldgelbe Nanosilberlösung




Erhitzen der Silbernitratlösung

 



Hinzugeben der Natriumcitratlösung

 



Fertiges Nanosilber (links) und Nanogold (rechts)

 

Versuch mit Fertignährboden:

Wir haben untersucht ob Nanosilber/Nanogold wirklich das Wachstum von Bakterien und Keimen beeinträchtigt. Dazu haben wir 2 Fertignährboden jeweils in der Mitte halbiert. Die eine Hälfte haben wir mit Nanosilber/ bzw. Nanogold bestrichen, die andere Hälfte mit etwas Wasser. Danach gaben wir auf jede Hälfte ein Körnchen Erde (die die Keime liefert). Das Ganze haben wir gut mit Tesa zugeklebt und eine Woche stehen lassen.



Bestreichen des Fertignährbodens mit einem Wattestäbchen




Mit Erde präparierter Fertignährboden (rechts: Nanosilberschicht, links nichts)



Ergebnis: Die Hälften, die mit Nanosilber bzw. Nanogold bestrichen wurden, zeigen kein Bakterienwachstum auf. Die anderen beiden Hälften jedoch sind mit Schimmel, Pilzen und Bakterienkolonien überwuchert.
Allerdings verhindert Nanogold das Bakterienwachstum nicht so effektiv wie Nanosilber.




Fertignährboden nach einer Woche:
unten (ohne Nanosilber/Nanogoldschicht): Bakterienkolonien und Schimmel
oben (mit Nanosilber/Nanogold): keine Bakterien o.ä. vorhanden 

 
ACHTUNG: Die Petrischalen nicht mehr öffnen, sondern in der Müllverbrennungsanlage verbrennen. Denn man weiß nicht mit welchen Bakterien man es zu tun hat und ob sie mutiert sind!!!!

- Nanosilber -

Eine Nanosilberlösung (/Nanogoldlösung) wird aus Silberatomcluster (/Goldatomcluster) hergestellt. Cluster sind Gebilde aus mehreren Silberatomen (/Goldatomen) und etwa 10-100 nm groß. (Wenn sie größer sind, wird die Lösung schwarz oder braun).

Man nennt diese Lösung auch Kolloid.

Eigenschaften der Lösung: 

> Farbe : Nanosilber: goldgelb      Nanogold: rot-blau

> wirkt antibakteriell, da das metallene Silber keimtötende Ionen bildet

> starke elektrische leitfähigkeit

> hat eine desinfizierende Wirkung

Verwendung: 

Sportkleidung & Lebensmittelverpackungen (abtöten von Keimen), Medizin (Desinfektion)

Herstellung: 

1) Top-Down Verfahren: z.B. Silberdrähte werden in einem explosiven Gasgemisch zu 10-15nm kleinen Partikel verkleinert

2) Bottom-up Verfahren: Atome reagieren miteinander bis sie die gewünschte Teilchengröße erreicht haben

Gefahren: Nützliche Bakterien könnten abgetötet werden

Weitere Infos zu den Einsatzmöglichkeiten und Risiken von Nanosilber findet ihr unter:

http://www.konsumo.de/news/2737-nanosilber-nanotechnologie-wundermittel-gegen-bakterien-umwelt-gesundheit

- Versuche mit verschieden Farben -

Fassadenfarbe Lotusan

Mit dieser Farbe wurde die Oberflächenstruktur und die Hydrophobie eines Lotus-Blattes nachgestellt.

Wir bestrichen ein Holzbrett auf der einen Seite mit Lotusan, auf der anderen Seite mit einer einfachen Dispersionsfarbe in zwei verschiedenen Farben. Dies trockneten wir mit einem Föhn und legten es daheim in den Garten, um es zu bewittern.

Hier kann man sehen, dass die Dispersionsfarbe eine geringere Wasserbenetzungsfähigkeit hat und dass die Tropfen superhydrophil sind.

Hier sieht man Wassertropfen auf Lotusan und man kann erkennen, dass diese Wassertropfen hydrophil sind.

Beobachtung:

Nach 3 Tagen merkte man schon, dass die Dispersionsfarben nicht wasserfest waren. Lotusan dagegen hatte die gleiche Konsistenz wie am Anfang. Nun testeten wir wieder die Wasserbenetzungsfähigkeit und wir kamen zu dem Ergebnis, dass die Wassertropfen auf Dispersionsfarbe immer noch superhydrophil und die Wassertropfen auf Lotusan hydrphil sind.

Einige Informationen des Herstellers, sowie Vorteile der Fassadenfarbe findet ihr unter:
http://www.sto.de/103541_DE-Uebersicht-Lotusan.htm

Anstrichfarbe Sto-Climasan Color

Diese Farbe besitzt einen speziellen Photokatalysator, der bei Innenbeleuchtug und im Sonnenlicht organische Verbindungen abbauen kann. Er besteht aus nanoskaligen Titandioxid-Pigmenten, die eine sehr große Oberfläche haben. So können Schmutz, Geruchsstoffe und organische Moleküle durch chemische Reaktionen abgebaut werden.

Mit dieser Farbe bestrichen wir einen Tapetenstreifen, die andere Seite bestrichen wir wieder mit Dispersionsfarbe und trockneten es mit einem Föhn.

Anschließend besprühten wir die einzelnden Abschnitte mit Deospray und belichteten das Ganze 15min lang mit einer Lampe.

Die linke Hälfte ist  mit Dispersionsfarbe bestrichen, die rechte mit Sto-Climasan Color.

Ergebnis: Nach 15min riecht das Feld mit Sto-Climasan Color deutlich weniger stark als das Feld mit der Dispersionsfarbe, denn durch den Photokatalysator und das "künstliche Sonnenlicht" (die Lampe) werden Organische Verbindungen abgebaut.

Eine kurze Übersicht über die Fassasdenfarbe findet ihr unter:
http://www.sto.de/103541_DE-Uebersicht-Lotusan.htm

- Versuche zum Lotuseffekt -

Benetzung von Oberflächen

1)Wir gaben auf unterschiedliche Papiertypen mit der Pipette einen Wassertropfen. Wir maßen seinen Durchmesser und fanden mithilfe des Kontaktwinkels heraus, ob das Papier hydrophil oder hydropob ist.

Kontaktwinkel berechnen:

Beobachtungen:

Tonpapier: Durchmesser: 0,8 cm  Konaktwinkel: ca. 20 Grad, d.h. hydrophil

Laminierfolie: Durchmesser: 0,8 cm Kontaktwinkel: ca. 40 Grad, d.h. hydrophil

Fotopapier: Durchmesser: 0,8 cm Kontaktwinkel: ca. 30 Grad, d.h. hydrophil

Backpapier: Durchmesser: 0,8 cm Kontaktwinkel: ca. 50 Grad, d.h. hydrophil

--> Viele Papiertypen sind hydrophil

Wassertropfen auf Backpapier

2) Wir gaben einen Wassertropfen auf ein Pflanzenblatt, neigten das Blatt und betrachteten es anschließend unter dem Stereomikroskop.

Dann tauchten wir das Blatt in ein mit Wasser gefülltes Becherglas und wiederholten den Versuch nachdem wir einige Stellen zwischen Daumen und Zeigefinger gerieben haben. Nun betrachteten wir das Blatt beide Male unter dem Stereomikroskop

Beobachtungen:

Neigt man das Efeublatt, so laufen die Wassertropfen das Blatt hinunter. Dort, wo die Tropfen hinuntergelaufen sind, erkennt man unter dem Steromikroskop eine silberne Schicht. Dies nennt man Spiegeffekt.

Taucht man das Efeublatt unter Wasser ist die silberne Schicht überall zu sehen. An den Stellen an denen man das Blatt zwischen den Fingern gerieben hat, ist sie verschwunden.



Wassertropfen nach dem Neigen des Efeublattes





Efeublatt unter dem Stereomikroskop (silberne Schicht)



3) Wir bestäubten ein Pflanzenblatt mit Schmutz, gaben wieder einen Wassertropfen darauf und neigeten das Blatt.

Beobachtungen:

Neigt man das Blatt, so nimmt der Tropfen auf seiner Verlaufsbahn den Schmutz mit und hinterlässt eine saubere Spur. Der Schmutz sammelt sich mit dem Wasser am Rande des Blattes.

--> Das Efeu ist mehr hydrophob als hydrophil (Kontaktwinkel ca. 85 Grad)

Efeublatt mit gesammelten Schmutz(wasser) (rechts unten)

4) Wir besprühten ein Stück Holz mit Nano-Tool 2. Dann gaben wir einen Tropfen Wasser darauf und testeten die beschichtete Oberfläche auch auf Schmutz.

Beobachtungen:

Es bilden sich große Tropfen, die abperlen und sich verschieben lassen, ohne Wasser zu hinterlassen. Gibt man Schmutz darauf, so nimmt der Tropfen ihm mit und rollt mit ihm ab.

--> Durch das Nano-Tool 2 wird eine hydrophobe Schicht gebildet.

Wassertropfen auf hydrophoben Holz

Testen des hydrophoben Holz auf Schmutz