Sexl Physik 8, Schulbuch

75 | Einsparungen durch Leichtbauweise Problem: Leichtere Bauteile aus Kunststoff in der Autoindustrie würden viel Sprit sparen. Ziel: Verwendung leichterer und sichererer Karosserieteile Beitrag der Nanotechnologie: Kunststoffe lassen sich mit Nanoplättchen aus Silika- ten verstärken. Dieses Prinzip findet sich auch in der Natur im Perlmutt ( 75.1 ) wieder. Hier werden Kalkplättchen durch einen „Mörtel“ aus Proteinen zusammen- gehalten. Seine Härte bekommt das Material, wenn der Kalk weniger als 30 nm stark ist. Nach diesem Prinzip gebildete „Nanokomposite“ sind nicht nur härter als herkömmliche Kunststoffe, sondern auch deutlich schlechter entflammbar. Mischt man in den Kunststoff einer Benzinleitung oder eines Tanks elektrisch lei- tende Kohlenstoffröhrchen, so können sie Kriechströme (das sind Leckströme, die an der Oberfläche eines Isolators auftreten) ableiten, die sich sonst womöglich über einen Funken entladen. Das erhöht die Sicherheit. Außerdem lassen sich auf die- se Weise auch Kunststoffe mit dem „Electrostatic-Painting-Verfahren“ lackieren, welches sonst nur bei leitendem Karosserieblech funktioniert. Elektrisch geladene Farbtropfen bleiben somit auch auf Kunststoff haften. Verdunkelbare Scheiben (elektrochromes Glas) Problem: Scheiben, die sich auf Knopfdruck verdunkeln lassen. Ziel: Erhöhung des Fahrkomforts und der Sicherheit, Gewährleistung der Privat- sphäre im Auto Beitrag der Nanotechnologie: Bei elektrochromem Glas ( 75.2 ) handelt es sich um Verbundscheiben aus mehreren Schichten. Legt man eine Spannung von wenigen Volt zwischen den beiden Elektrodenschichten (1, 4) an, wandern Ionen des Leicht- metalls Lithium (2) durch eine Kunststoffschicht und verbinden sich mit einem Metalloxid zu einem Komplex (3), der Licht absorbiert – die Scheibe wird dunk- ler. Polt man die Spannung um, löst sich der Metalloxid-Komplex wieder auf. Der Vorgang dauert allerdings einige Minuten. Bis zu 80% Verdunkelung können sol- che Scheiben bereits erreichen. Eingesetzt werden sie bereits bei Rückspiegeln, die sich bei grellem Scheinwerferlicht verdunkeln. Sensoren für eisglatte Straßen Problem: Autofahren an feuchtkalten Wintertagen, womöglich noch im Dunkeln, bringt einige Unannehmlichkeiten: Man bemerkt z. B. Eis auf der Straße erst, wenn das Auto zu rutschen beginnt. Besser wäre es, ein System zu haben, das ver- lässlich mitteilt, wenn sich Eis auf der Straße gebildet hat. Ziel: Sensoren für die Analyse der Fahrbahnbeschaffenheit Beitrag der Nanotechnologie: So genannte Quantenpunkte, bis zu 10 nm große Ge- bilde, die aus Halbleitern bestehen, können Strom leiten. Bettet man Millionen von ihnen in einen Halbleiter ein, lassen sie sich so stimulieren, dass sie monochroma- tisches Laserlicht aussenden. Mit diesem könnte die Fahrbahn auf Eis untersucht werden. Das Laserlicht regt dabei eine ganz bestimmte Spektrallinie im Eiskristall an, die bei flüssigem Wasser nicht auftritt. Diese wird von einem Detektor regist- riert. Strom aus dem Lack Problem: Sonne scheint auf ein geparktes Auto. Ziel: Energiequellen, die Autos bei abgeschaltetem Motor dauerhaft versorgen kön- nen. Beitrag der Nanotechnologie: Nanosolarzellen ( 75.3 ) bestehen aus hauchdünnen, Licht sammelnden Schichten. Dazu wird ein Gemisch aus halbleitenden Titandi- oxid-Nanoteilchen (1), an denen Farbstoffmoleküle (2) angelagert sind, produziert. Fällt Licht auf die Farbstoffmoleküle (3), geben sie Energie an das Titandioxid ab. Als Folge davon setzen die Halbleiterpartikel Elektronen (4) frei, die sich nun durch den umgebenden Elektrolyt bewegen und an einer Elektrode gesammelt werden können. Dort werden sie als nutzbarer Strom weitergeleitet. 75.1 Auf der Innenseite des Seeohrs, einer Meeresschnecke, ist der Perlmuttüberzug gut sichtbar. elektrochrome Elektrode (1) ionenleitfähiges Polymer (Kunststoffschicht) lithiumhaltige Elektrode (4) Glas Glas lichtabsorbierender Lithium- Metalloxid-Komplex (3) leitfähige Schicht leitfähige Schicht Spannung elektrochrome Elektrode (1) ionenleitfähiges Polymer (Kunststoffschicht) lithiumhaltige Elektrode (4) Glas Glas leitfähige Schicht leitfähige Schicht Spannung Lithium-Ionen (2) 75.2 Elektrochrome Gläser gibt es bereits seit längerem in der Autoindustrie. Zuneh- mend werden sie auch in der Bauindustrie für Glasfassaden eingesetzt. einfallendes Sonnenlicht (3) Glas Titandioxid (1) mit angelagerten Farb- stoffmolekülen (2) in flüssigem, leit- fähigem Elektrolyt Lackschicht Elektrode Elektrode Elektron (4) Proton leitfähige Schicht leitfähige Schicht Strom 75.3 Funktionsweise einer Nanosolarzelle Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv