Sexl Physik 8, Schulbuch

| 76 Selbstreinigende Sitzbezüge Problem: Schmutz auf Autositzbezügen, die sich nicht in der Waschmaschine reini- gen lassen. Ziel: Sauberkeit und Komfort des Innenraumes eines Autos erhöhen. Beitrag der Nanotechnologie: Hersteller von Outdoor-Bekleidung haben Möglichkei- ten der nanotechnischen Veredelung von Stoffen entdeckt. So gibt es bereits Fa- sern, die durch Nanobeschichtung Wasser und Schmutz abweisend sind. Kratzfester Lack Problem: Autolacke verlieren trotz Pflege nach einigen Jahren ihren Glanz. Der Lack wird stumpf. Ziel: Die Entwicklung einer robusten und pflegeleichten Beschichtung Beitrag der Nanotechnologie ( 76.1 ): Bringt man Silane (große Moleküle aus Silici- um, Metall und Alkoholgruppen) mit Wasser in Verbindung, so wandeln sie sich zu Silanolen (1) um. An diese Klümpchen kann man chemisch längliche Moleküle (2) anlagern, deren Ende beispielsweise das Element Fluor enthält. Entzieht man die- sem Gemisch (A) das Wasser, verbinden sich die Klümpchen zu einem lückenlosen Netzwerk. Es entsteht ein zähflüssiges „Gel“ (B). Wird dieses nun auf eine Oberfläche aufgetragen, orientieren sich die Moleküle mit ihren Fluorköpfen an der freien Ober- fläche (C). Es entsteht eine extrem harte Schicht, die wasserabweisend sein kann, sodass z. B. Schmutzwasser nicht zu einem Schmutzfilm eintrocknet. Beantwortung der Eingangsfrage In diesem Kapitel wurde eine Vielzahl von Möglichkeiten vorgestellt, wie Mate- rialforscher/innen versuchen, Konstruktionen der Natur nachzubauen bzw. neue Materialien mit Hilfe gezielter Manipulation von Strukturen auf verschiedenen mikro- und makroskopischen Ebenen zu erzeugen. Die gezielte Manipulation von Strukturen im Nanometerbereich hat sich zu einem neuen wissenschaftlichen For- schungsgebiet entwickelt, welches neben der Physik und der Chemie auch das Wis- sen von vielen anderen Fachbereichen zusammenführt. So wird mit verschiedenen Verbundstoffen experimentiert, um Materialien herzu- stellen, die z. B. als Biomaterialien in der Medizin eingesetzt werden können. Zur- zeit wird auch versucht, die so genannte E-Skin, eine künstliche Haut, die fast so gut funktioniert wie menschliche Haut, zu entwickeln. Das Material besteht aus druckempfindlichen Sensoren aus einzelnen Halbleiter-Nanodrähten, welche mit Nanotransistoren verbunden und von einer Gummischicht überzogen sind. Dadurch wird die künstliche Haut flexibel. Ziel dabei ist es, ein Material für eine Roboter- hand zu erzeugen, das z. B. zerbrechliche von unzerbrechlichen Materialien unter- scheiden kann, dabei aber weniger wärmeempfindlich ist als die menschliche Haut. Träger/innen von Armprothesen könnten von dieser Erfindung enorm profitieren. Wasser Silanol (1) relevant für die Schichteigenschaften A B C Molekül (2) 76.1 Gezielte Strukturierung von Molekü- len zur Verbesserung der Eigenschaften von Materialien. Konstruktionen in der Natur 76.1 Erkläre den prinzipiellen Aufbau der menschlichen Haut und nenne wichtige Eigenschaften dieses Organs, die in der Materialphysik eine Rolle spielen! 76.2 Beschreibe die besonderen (physikalischen) Eigen- schaften eines Spinnenfadens! 76.3 Erkläre den Lotuseffekt und die damit verbundenen physikalischen Eigenschaften! 76.4 Was haben Teflon und Gore-Tex gemeinsam? Beschrei- be die Eigenschaften dieser Materialien und wie diese erreicht werden! 76.5 Nenne die verschiedenen Arten von Verbundstoffen und dazu jeweils ein Einsatzgebiet! 76.6 Erkläre den prinzipiellen Zusammenhang zwischen Ver- bundstoffen und dem menschlichen Knochen! Welche physikalischen Eigenschaften spielen bei beiden eine Rolle und durch welche Bauweise werden diese erreicht? 76.7 Nenne die verschiedenen Eigenschaften, die Material- physiker/innen anstreben (z. B. Stabilität, Haltbarkeit, Wiederverwertbarkeit – siehe dazu auch S. 67 f.) und gib jeweils ein Beispiel an, wo diese Eigenschaft (in Natur und Technik) besonders gut umgesetzt wird! Miniaturisierung 76.8 Erkläre die Funktionsweise von Aufprallsensoren in Au- tos! Welches physikalische Prinzip wird dabei genützt? 76.9 Nenne verschiedene Einsatzbereiche der Nanotechnolo- gie und gib an, welche Eigenschaften dabei jeweils ge- nützt werden! 76.10 Erkläre die Funktionsweise einer Brennstoffzelle und beschreibe Vor- und Nachteile gegenüber einem Ver- brennungsmotor! 76.11 Erkläre die Funktionsweise einer Nanosolarzelle und ihr Einsatzgebiet! Teste dein Wissen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv