Sexl Physik 8, Schulbuch

VERTIEFUNG UND WIEDERHOLUNG 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 (  116.1 ): Bringt man Silane (große Moleküle aus Si- licium, 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 diesem Gemisch (A) das Wasser, verbinden sich die Klümpchen zu einem lückenlo- sen Netzwerk. Es entsteht ein zähflüssiges „Gel“ (B). Wird dieses nun auf eine Oberfläche aufgetragen, orientieren sich die Moleküle mit ihren Fluorköpfen an der freien Oberfläche (C). Es entsteht eine extrem harte Schicht, die wasserabweisend sein kann, sodass z. B. Schmutzwasser nicht zu einem Schmutzfilm eintrocknet. ? Antwort auf die Eingangsfrage In diesem Kapitel wurde eine Vielzahl von Möglichkeiten vorgestellt, wie Material- forscher/innen versuchen, Konstruktionen der Natur nachzubauen bzw. neue Ma- terialien mit Hilfe gezielter Manipulation von Strukturen auf verschiedenen mi- kro- 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 Verbundstoffen experimentiert, um Materialien herzustellen, die z. B. als Biomaterialien in der Medizin eingesetzt werden können. Zurzeit 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 druckempfindli- chen Sensoren aus einzelnen Halbleiter-Nanodrähten, welche mit Nanotransisto- ren verbunden und von einer Gummischicht überzogen sind. Dadurch wird die künstliche Haut flexibel. Ziel dabei ist es, ein Material für eine Roboterhand zu er- zeugen, das z. B. zerbrechliche von unzerbrechlichen Materialien unterscheiden kann, dabei aber weniger wärmeempfindlich ist als die menschliche Haut. Behin- derte mit Armprothesen könnten von dieser Erfindung enorm profitieren. Konstruktionen in der Natur 116.1 Erkläre den prinzipiellen Aufbau der menschlichen Haut und nenne wichtige Eigenschaften dieses Organs, die in der Materialphysik eine Rolle spielen! 116.2 Beschreibe die besonderen (physikalischen) Eigenschaf- ten eines Spinnenfadens! 116.3 Erkläre den Lotuseffekt und die damit verbundenen physikalischen Eigenschaften! 116.4 Was haben Teflon und Gore-Tex gemeinsam? Beschreibe die Eigenschaften dieser Materialien und wie diese erreicht werden! 116.5 Nenne die verschiedenen Arten von Verbundstoffen und dazu jeweils ein Einsatzgebiet! 116.6 Erkläre den prinzipiellen Zusammenhang zwischen Verbundstoffen und dem menschlichen Knochen! Welche physikalischen Eigenschaften spielen bei beiden eine Rolle und durch welche Bauweise werden diese erreicht? 116.7 Nenne die verschiedenen Eigenschaften, die Material- physiker/innen anstreben (z. B. Stabilität, Haltbarkeit, Wiederverwertbarkeit – siehe dazu auch S. 105 f.) und gib jeweils ein Beispiel an, wo diese Eigenschaft (in Natur und Technik) besonders gut umgesetzt wird! Miniaturisierung 116.8 Erkläre die Funktionsweise von Aufprallsensoren in Autos! Welches physikalische Prinzip wird dabei genützt? 116.9 Nenne verschiedene Einsatzbereiche der Nanotechnolo- gie und gib an, welche Eigenschaften dabei jeweils genützt werden! 116.10 Erkläre die Funktionsweise einer Brennstoffzelle und beschreibe Vor- und Nachteile gegenüber einem Verbrennungsmotor! 116.11 Erkläre die Funktionsweise einer Nanosolarzelle und ihr Einsatzgebiet! Wasser Silanol (1) relevant für die Schichteigenschaften A B C Molekül (2) 116.1 Gezielte Strukturierung von Molekülen zur Verbesserung der Eigenschaften von Mate- rialien.  Teste dein Wissen W 1  116 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv