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Nanopartikel wirken wasserabweisend, wie stark, das überprüfen Zehntklässlerin Femke Stein (l.) und ihre Klassenkameradin Zoe Marben (r.) mit Bildern eines beträufelten Markisenstoffes. Messtipps gibt Lena Boll (21) vom Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften. Foto: t&w
Nanopartikel wirken wasserabweisend, wie stark, das überprüfen Zehntklässlerin Femke Stein (l.) und ihre Klassenkameradin Zoe Marben (r.) mit Bildern eines beträufelten Markisenstoffes. Messtipps gibt Lena Boll (21) vom Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften. Foto: t&w

Der Nutzen von Nanoteilchen

mm Lüneburg. Sie sorgen bei Brillenträgern für eine klare Sicht, schützen Glas vor Kratzern oder wirken wasserabweisend auf Kleidung – Nanopartikel. Die sind winzig klein und für das bloße Auge nicht sichtbar. Im Chemieunterricht aufspüren, messen und nutzen können sie in dieser Woche Zehntklässler und Oberstufenschüler der Herderschule.

Die zwei Workshoptage sind ein Pilotprojekt, das in Kooperation mit dem Kieler Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften (IPN) realisiert wird. Drei Wissenschaftler unterstützen Chemielehrerin Dr. Katharina Hickmann an den Versuchsstationen, einen Großteil des Materials stellt das IPN bereit.

Dazu gehört ein Rasterkraftmikroskop. Mit diesem können Strukturen von Oberflächen visualisiert werden. Auf einem Computerbildschirm werden Partikelstrukturen kleiner als 200 Nanometer abgebildet. Sünne Anderson vom IPN erklärt den Schülern die Funktionalität des Geräts. Der 16-jährige Marvin soll seinem Klassenkameraden Joel dafür ein Haar auszupfen. Die Haarprobe wird mit der Messnadel des Mikroskops anvisiert, bis ein Laserpunkt das Haar erfasst hat. Anderson verdeutlicht: „Mit dem Rasterkraftmikroskop können wir alles messen, was ein bisschen Härte aufweist, beispielsweise Oberflächen von Haarschuppen, CDs oder Alufolie.“

Untersucht werden auch ein mit Spülung ausgewaschenes Haar und eins ohne Spülung. Bei dem „gespülten“ Haar werden unter dem Mikroskop glatte Strukturen, beim anderen raue Konturen sichtbar. Solche Feinheiten abzubilden, hat seinen Preis. „Das Rastermikroskop kostet 20 000 Euro, im universitären Bereich kosten die Geräte gar bis zu einer Million Euro“, weiß Dr. Katharina Hickmann. Sie freut es, dass ihre Schüler an solch einem Gerät selber arbeiten können.

Bei dem Seminar gehe es darum, die chemische Bewertungskompetenz zu schulen – auch für den Alltag. Nanotechnologie ist ein noch junger Wissenschaftszweig, der „Run“ auf die Partikel habe Anfang der 2000er-Jahre eingesetzt, sagt Lehrerin Hickmann. Bei allem Nutzen seien die Teilchen aber nicht ganz ungefährlich. Auch dafür möchte Hickmann ihre Schüler sensibilisieren. Feinstaub oder Silberpartikel auf Bauklötzen stellten beim Einatmen oder Verschlucken gesundheitliche Risiken dar.

Weniger risikoreich für die menschliche Gesundheit sind Nanobeschichtungen auf Textilien. Auch damit beschäftigen sich die Schüler. Sie berechnen, wie hydrophob, also wasserabweisend, ein Markisenstoff ist. Jule Dienert und ihre Freundin Imke Richter ermitteln für einen auf die Markise fallenden Wassertropfen einen Kontaktwinkel von knapp 130 Grad. „Der Stoff ist damit schon sehr wasserabweisend“, lernen die Schülerinnen. Für ihre Messung halten sie das Auftreffen des Wassertropfens mit einer Digitalkamera fest, anhand des Bildes berechnen sie mit einem Computerprogramm den Kontaktwinkel.

Eine multimediale Auswertung der Experimente findet auch an den anderen Versuchsstationen statt. Dr. Stefan Schwarzer vom IPN zeigt den Schülern, wie sie eine Seifenblase in einer Tupperdose einfangen können, um deren Schwere und Dicke zu messen. „Die Schichtdecke der Seifenblasen liegt im Nanometerbereich. Das Farbspiel kann nur funktionieren, wenn die Dicke stimmt“, erklärt er.

Die Messergebnisse halten die Schüler in einer Rechentabelle am Laptop fest. Sie bemerken auch, dass Versuche häufiger augeführt werden müssen, um exakte Ergebnisse zu erhalten. So lernen sie nicht nur die Nanotechnologie kennen, sondern auch, wie wissenschaftliches Arbeiten funktioniert.