Nanorama-Loft-Modul. Begleitinformationen zum Nanorama- Loft-Quiz. August Marianne Dietiker

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1 Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen Nanorama-Loft-Modul Begleitinformationen zum Nanorama- Loft-Quiz August 2015 Marianne Dietiker

2 Kontakt: Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) Mail: Version August 2015 Dieses Modul wurde von der Innovationsgesellschaft St. Gallen im Rahmen des Projektes Swiss Nano-Cube realisiert. Bild Titelseite: Nanorama-Loft (Bild: Swiss Nano-Cube) Swiss Nano-Cube/September

3 Inhalt 1. Das Nanorama-Loft Quiz Unterrichtsideen Phase 1: Nanorama-Quiz Phase 2: Strukturierung der Nano-Produkte Phase 3: Vertiefung Fragen und Antworten aus dem Nanorama-Loft Quiz... 4 Swiss Nano-Cube/September /15

4 1. Das Nanorama-Loft-Quiz Im Alltag sind wir bereits in vielerlei Hinsicht mit Nanotechnologien konfrontiert. Hinter vielen neuartigen oder auch hinter bereits vertrauten von Alltagsgegenständen und Konsumprodukten stehen nanotechnologische Eigenschaften und Effekte. Bei Kosmetika, Textilien, Sportartikeln, Elektronik-Produkten, Verpackungen, etc. können nanospezifische Effekte genutzt werden, um die Produkte für die Konsumentinnen und Konsumenten zu optimieren oder ihre Herstellung zu verbessern. Das Nanorama-Loft 1 Quiz bietet die Möglichkeit, sich dieser Thematik auf eine spielerische Art anzunähern. Das Quiz ist Bestandteil der Swiss Nano-Cube Webplattform und kann unter dem Link gespielt werden. In der virtuellen Loft-Wohnung können zurzeit 42 Nano-Produkte aus dem Alltag aufgespürt werden. Zu jedem gefundenen Produkt gibt es eine Frage, die das Nano-Wissen testet. Als Beispiel ist hier das Badminton-Racket erwähnt. Mit einem Klick auf das Produkt (es befindet sich rechts neben der weissen Wohnungstüre) öffnet sich ein Fenster, das drei Behauptungen oder Antwortmöglichkeiten bereit hält: Durch die Einlagerung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in den Schlägerrahmen a)... kann ein Badminton-Racket von Rechts- und Linkshändern benutzt werden. b) kann ein Badminton-Racket auch als Tennisschläger benutzt werden. c) kann eine höhere Stabilität bei geringerem Racket-Gewicht erreicht werden. Wird ein Häkchen bei einer der drei Antwortmöglichkeiten gesetzt, wird dem Spieler angezeigt, ob er richtig liegt, oder welches die richtige Antwort gewesen wäre. Im Fall des Rackets ist c) die richtige Antwort. Wer zusätzliche Produktinformationen sucht, findet im Fenster unter Weitere Infos zu jedem Gegenstand eine kurze Beschreibung, in welcher der Bezug des Produkts zur Nanotechnologie erläutert wird: Kurzinfo zum Badminton-Racket: Genau wie Tennis-Rackets können auch in Badminton- Rackets Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon Nanotubes, CNTs) ins Rahmenmaterial eingearbeitet werden. CNTs sind fester als Stahl und zugleich leichter als Aluminium. Bei gleich bleibender Stabilität ist das Racket also weniger schwer. Die CNTs füllen die Zwischenräume zwischen den herkömmlichen, nicht nanoskaligen Kohlefasern des Racket-Rahmens und bilden mit diesen zusammen ein Verbundmaterial. 2. Unterrichtsideen 2.1. Phase 1: Nanorama-Quiz Eine Unterrichtseinheit könnte so aussehen, dass den Lernenden in einer ersten Phase Zeit zur Verfügung steht, um das Nanorama-Loft Quiz zu lösen. 1 Verfügbar in Französisch, Italienisch und Englisch. Swiss Nano-Cube/September /15

5 2.2. Phase 2: Strukturierung der Nano-Produkte In einer daran anschliessenden Phase erhalten die Lernenden Bildmaterial (siehe Zusatzmaterial) von Nano-Produkten mit dem Auftrag, diese in Produktgruppen einzuteilen. Ziel ist es herauszufinden, in welcher Produktgruppe sich die meisten Nano-Konsumgüter befinden. Eine gute Informationsquelle für Nano-Konsumprodukte ist die Woodrow Wilson -Datenbank (Teil eines amerikanischen Projekts mit dem Namen The Project on Emerging Nanotechnologies, Die Datenbank ist ein amerikanisches Inventar von Nano-Konsumprodukten. Sie steht nur in Englisch zur Verfügung. Das alphabetische Verzeichnis aller registrierter Produkte findet sich unter: Im März 2011 wurden darin 1317 Produkte aufgelistet. Die meisten davon gehören in die Kategorie Gesundheit & Fitness. Darauf folgen mit deutlichem Abstand Haus & Garten, Produkte für das Auto, Lebensmittel & Getränke, nicht eindeutig zuzuordnende Produkte, Elektronik & Computer sowie Geräte und Produkte für Kinder. (Quelle: Phase 3: Vertiefung In einer Vertiefungsphase können einige unterschiedliche Produkte, die z.b. in der Migros oder im Coop erhältlich sind, von Zweierteams genauer unter die Lupe genommen werden. Migros und Coop führen Listen ihrer Nano-Produkte (Code of Conduct Nanotechnologien), die im Internet einsehbar sind: Link Migros: ards/-bersicht-nanoprodukte dt/original/übersicht%20nanoprodukte% %20dt.pdf Link Coop: /Downloads/Nanoproduktef_032010_d.pdf Die Lernenden erhalten den Auftrag, die Angaben auf dem Produkt zu studieren und einige Fragen zu beantworten. Beispiel: Sonnencreme Mögliche Fragen: Welche Angaben finden sich auf dem Produkt (evtl. auch auf der Verpackung)? Enthält das Produkt Nanopartikel? Wenn ja: welche? Welches ist die Funktion der Partikel? Falls keine Partikel enthalten sind: Was ist nano am Produkt? Welche Eigenschaften erhält das Produkt durch den Einsatz der Nanotechnologie? Würden die Lernenden das Produkt bedenkenlos kaufen? Swiss Nano-Cube/September /15

6 Falls genug Zeit zur Verfügung steht, könnte der Auftrag dahingehend erweitertet werden, dass zu den Produkten eine Internet-Recherche gemacht wird, um die oben formulierten Fragen zu beantworten. Das Swiss Nano-Cube-Webportal bietet im Bereich Anwendungen & Produkte ( kurze Informationstexte zu einigen ausgewählten Produktgruppen und Nano-Effekten ( die den Lernenden als Einstieg dienen können. Zu den untersuchten Nano-Produkten können Poster oder kurze PowerPoint-Präsentation vorbereitet werden, mit deren Hilfe zum Abschluss der Unterrichtseinheit die Resultate der Recherchen der Klasse/dem Plenum vorgestellt werden. 3. Fragen und Antworten aus dem Nanorama-Loft Quiz In der nachfolgenden Tabelle sind alle Nano-Produkte zusammengestellt, die im Nanorama-Loft Quiz versteckt sind. Die Tabelle enthält zudem alle Fragen, Antwortmöglichkeiten und Kurzinformationen zu den jeweiligen Produkten. Die korrekte Antwort aus den drei vorgegebenen Möglichkeiten ist kursiv hervorgehoben. Tabelle 1: Nano-Produkte aus dem Nanorama-Loft Quiz mit den entsprechenden Fragen, Antwortmöglichkeiten und Kurzinformationen. Die korrekte Antwort ist kursiv wiedergegeben. Produkt Frage Antworten 1 Tennisschläger Die Rahmen von Tennisschlägern können Kohlenstoff- Nanoröhrchen enthalten, weil sie dadurch keine Kratzer mehr bekommen. sie dadurch von wütenden Spielern nicht mehr so schnell zertrümmert werden. sie dadurch besonders stabil und trotzdem leicht sind. Kurzinfo: Kohlenstoff-Nanoröhrchen (carbon nanotubes, CNTs) sind fester als Stahl und leichter als Aluminium. Sie verstärken die besonders belasteten Stellen des Rahmens. Dazu werden sie in das Rahmenmaterial eingearbeitet und bilden einen sogenannten Kompositwerkstoff, auch Verbundwerkstoff genannt. Das CNT-verstärkte Material sorgt auch dafür, dass die Kraftübertragung vom Sportler oder der Sportlerin auf das Sportgerät einfacher ist und senkt damit die Belastung der Muskulatur und der Gelenke. 2 Fahrrad- Rahmen Fahrradrahmen werden neuerdings mit Aluminiumoxid-Nanopartikeln versetzt, damit die Rahmen schön glänzen. ultra-starken Kohlenstoff-Nanoröhrchen versetzt, was ihnen Leichtigkeit und Steifigkeit verleiht. Nanopartikeln versetzt, damit der Lack besser hält. Kurzinfo: Karbon-Velorahmen und Karbon-Lenker können zusätzlich mit Kohlenstoff- Nanoröhrchen verstärkt werden. Die Nanoröhrchen werden dazu ins Kunstharz eingearbeitet, das zum Zusammenkleben des Karbontuchs verwendet wird. Das Karbontuch besteht ebenfalls aus Kohlenstoff-Fasern. Diese sind aber nicht nanoskalig. Aus dem Karbontuch, dem Harz und den Nanoröhrchen entsteht ein Werkstoff, der bei geringstem Gewicht eine extrem hohe Stabilität und Festigkeit aufweist. Das Rahmengewicht kann auf unter 1 kg reduziert werden: ein Rennvelorahmen leichter sind als 1 Liter Milch! Swiss Nano-Cube/September /15

7 3 Reifen Welche Aussage ist falsch? Nanomaterialien werden schon seit Jahrzehnten in Reifen eingesetzt, um die Lebensdauer zu verlängern. werden in Reifen eingesetzt, um den Rollwiderstand zu reduzieren und um die Haftung zu verbessern. ermöglichen revolutionäre Gummimischungen, so dass kein Schlauch mehr nötig ist. Kurzinfo: In Reifen werden schon seit Jahrzehnten Kohlenstoff-Pulver eingesetzt. Sie werden als Carbon black (deutsch: Industrieruss) bezeichnet. Für Reifen gibt es ca. 40 unterschiedliche Russtypen, die der Gummimischung ganz spezifische Eigenschaften verleihen. Durch die Nanostrukturierung der Pulver können die Reifen in Bezug auf Rollwiderstand, Rutschfestigkeit und Verschleiss gezielt verbessert werden. Daneben werden die nanoskaligen Russe auch als Farbstoffe (Schwarz-Pigment) in Druckfarben, Kunststoffen oder Wimperntusche verwendet. 4 Outdoorschuh Bei Outdoor- Kleidung und Schuhen geht es vor allem darum, mit Hilfe der Nanotechnologie ein komplett Luft- und wasserdichte Oberfläche zu erhalten. eine nanometerdünne Schicht auf den Materialien zu haben, um sie vor Kratzern zu schützen. eine Imprägnierung zu erreichen, die wasserdicht ist, aber den Wasserdampf von innen nach aussen passieren lässt. Kurzinfo: "Atmungsaktiv" heisst das Zauberwort im Textilbereich. Das bedeutet, dass kein Wasser von aussen ins Innere des Schuhs gelangen darf, aber gleichzeitig eine Luftzirkulation durch das Textil hindurch stattfinden soll. Oft werden die Outdoor-Produkte dazu oberflächlich (oder sogar auf dem Niveau der einzelnen Fasern der Textilien) mit einer nanometerdünnen Schicht aus einem wasserabstossenden Material beschichtet (imprägniert). 5 Golfball Der Nano-Golfball soll besser fliegen, weil kein Wasser vom feuchten Gras an ihm haften kann. nicht mehr dauernd im Sand oder im Teich landen. nach dem Golfturnier immer noch wie neu aussehen. Kurzinfo: Durch einen speziellen, nano-optimierten Aufbau, und durch eine innovative Beschichtung soll der Nano-Golfball dem Golfer/der Golferin zu einem besseren Spiel verhelfen. Dank Nano-Oberflächenveredelung bleibt der Ball immer trocken, womit ein Ungleichgewicht, das durch anhaftendes Wasser entstehen kann, verhindert wird. Damit kann der Golfer/die Golferin auch auf einem feuchten Rasen unter trockenen Bedingungen putten (Schlag, bei dem der Ball nur rollt und nicht fliegt). 6 Tennisball Der Tennisball mit Nanotechnologie ist luftdicht und verliert damit weniger Druck, wenn er älter wird.... leichter und verhindert dadurch die Entstehung eines Tennisarms (Entzündung am Ellenbogen) viel kleiner als ein herkömmlicher Ball und passt dadurch besser in die Hosentaschen. Kurzinfo: Der Kern des Tennisballs wird beschichtet um zu verhindern, dass er Druck verliert. Dadurch hält er viel länger. Die Beschichtung muss einerseits elastisch und andererseits luftdicht sein. Darum enthält sie nanoskalige Plättchen aus Silikaten, die sich ähnlich wie bei einer Ziegelsteinmauer übereiander anordnen und so den Gasmolekülen den Weg versperren. Swiss Nano-Cube/September /15

8 7 Badminton- Racket Durch die Einlagerung von Kohlenstoff- Nanoröhrchen in den Schlägerrahmen kann das Badminton-Racket von Rechts- und Linkshändern benutzt werden. kann das Badminton-Racket auch als Tennisschläger benutzt werden. kann eine höhere Stabilität bei geringerem Racket- Gewicht erreicht werden. Kurzinfo: Genau wie Tennis-Rackets können auch in Badminton-Rackets Kohlenstoff- Nanoröhrchen (carbon nanotubes, CNTs) ins Rahmenmaterial eingearbeitet werden. CNTs sind fester als Stahl und zugleich leichter als Aluminium. Bei gleich bleibender Stabilität ist das Racket also weniger schwer. Die CNTs füllen die Zwischenräume zwischen den herkömmlichen nicht nanoskaligen Kohlefasern des Racket-Rahmens und bilden mit diesen zusammen ein Verbundmaterial. 8 Handy Handys oder Laptops sind ohne Akkus kaum vorstellbar. Mit Hilfe der Nanotechnologie kann der Akku gleichzeitig auch die Funktion des Displays übernehmen. werden die Akkus stabiler und gehen auch bei einem Aufprall nicht kaputt. wird die Lebensdauer von Akkus deutlich erhöht und die Ladedauer sowie die Gefahr von Akku-Bränden verringert. Kurzinfo: Heutige Mobiltelefone verwenden meist Lithium-Ionen-Akkus, weil diese eine vergleichsweise hohe Energiedichte haben und häufig wiederaufladbar sind. Durch die Nanostrukturierung der Elektrodenmaterialien im Lithium-Ionen-Akku kann die Energiedichte der Batterie verbessert werden. Das bedeutet, dass bei der gleichen Grösse der Batterie mehr Energie gespeichert werden kann und das Handy länger ohne Steckdose auskommt. Zudem kann durch die Nanostrukturierung der Elektrodenoberfläche auch die Ladezeit verkürzt werden. 9 Computerchip Die wichtigsten Einzelbestandteile von Chips sind Transistoren. Weil diese nur noch wenige Nanometer klein sind, kann ein Computer dreidimensionale Daten erzeugen. kann ein Computer sehr schnell Daten verarbeiten und speichern. kann ein Computer nicht nur mit 0 und 1 sondern auch mit 2 rechnen. Kurzinfo: Transistoren sind elektronische Bauelemente, die elektrische Signale schalten können. Je mehr Transistoren miteinander verbunden sind, desto schneller können Daten verarbeitet werden. Weil Transistoren in den letzten 30 Jahren immer kleiner wurden, haben immer mehr davon auf einem Chip Platz. Auf einem Pentium-4-Chip befinden sich über 40 Millionen Transistoren. 10 Bildschirm Bildschirme können sogenannte Flüssigkristalle (Liquid Crystals) enthalten. Welche Aussage ist richtig? Die Flüssigkristalle sind für die Farben eines Displays verantwortlich. sorgen dafür, dass der Bildschirm auch unter Wasser funktioniert. werden in den Bildschirm eingearbeitet, damit dieser stabiler wird. Swiss Nano-Cube/September /15

9 Kurzinfo: Flüssigkristalle bestehen aus Teilchen (Molekülen), die nur wenige Nanometer klein sind. In einem Display lassen sie das Licht der Hintergrundbeleuchtung passieren oder sie blockieren es je nach ihrer Ausrichtung. Die Ausrichtung wird durch das Anlegen einer Spannung verändert. Ein Bild-Pixel besteht auch kleinen Sub-Pixeln, die verschiedenen Farbfilter besitzen. Je nachdem, welches Sub-Pixel leuchtet, entsteht ein grüner, blauer oder roter Farbpunkt. Durch Mischen können auch alle anderen Farben erzeugt werden. 11 Brillensprays Brillenreiniger, die auf Nanotechnologie beruhen,... verbessern die Sehkraft beim Tragen der Brille. verhindern das Beschlagen und reduzieren die Staub- und Schmutzanziehung der Gläser. verdunkeln die Brille automatisch, wenn die Sonne sehr hell scheint. Kurzinfo: Mit Hilfe nanotechnologischer Beschichtungen für Brillen lassen sich verschiedene Eigenschaften kombinieren, die bisher nur schwer vereinbar waren. Kratzfestigkeit, Anti- Reflex, Anti-Beschlag und Wasser- bzw. Schmutzabweisung sind wichtige Beispiele für solche Eigenschaften. Mit Hilfe der Nanotechnologie kann die Struktur der Beschichtung gezielt kontrolliert und die Schichtdicke minimiert werden, so dass keine optischen Verzerrungen auftreten. 12 Skibrillen Skibrillen, die mit Hilfe von Nanotechnologie hergestellt wurden, sind weniger anfällig auf Beschlag und kratzfester als konventionelle Brillen. auch für kurzsichtige Wintersportlerinnen und Wintersportler geeignet. wasserdicht und somit auch für den Tauchsport geeignet. Kurzinfo: Kratzfestigkeit, UV-Schutz, Anti-Beschlag und Anti-Reflex sind Eigenschaften, die bei Visieren von Helmen, Schutzbrillen und Skibrillen wichtig sind. Während der Abperl-Effekt bei Outdoor-Kleidung durch einen grossen Kontaktwinkel zwischen Wasser und Oberfläche zustande kommt, ist beim Anti-Beschlag-Effekt ein kleiner Kontaktwinkel nötig. Dies wird durch eine spezielle Nano-Beschichtung erreicht. Auf der Brillenoberfläche bilden sich keine sichtbaren Tröpfchen mehr, sondern es entsteht ein dünner, unsichtbarer Wasserfilm. 13 Ferngläser Ferngläser, die durch Nanotechnologie verbessert werden, zeigen neue Eigenschaften. Welche sind dies? Sie können auch als Nachtsichtgeräte eingesetzt werden. Sie bleiben länger sauber. Sie können auch von Kurz- oder Weitsichtigen benutzt werden. Kurzinfo: Die Oberflächen der optischen Linsen werden auf Nanotechnologie-Basis beschichtet. Diese Vergütungsschicht hilft, Staub, Wasser und Schmutz von den außen liegenden Glasoberflächen abzuweisen. 14 Brille Welche Aussage ist falsch: Die Nanotechnologie macht Brillengläser wasser- und ölabweisend. Dadurch sind sie leicht zu reinigen. bei gleicher optischer Korrektur dünner. Sie sehen dadurch schöner aus. kratzfester. Sie werden dadurch nicht unklar und milchig. Swiss Nano-Cube/September /15

10 Kurzinfo: Brillengläser aus Kunststoff sind sehr weich und verkratzen dadurch leicht. Um dies zu verhindern, wird das Glas mit einem Lack (Polysiloxan) überzogen, der zur Verstärkung Nano-Partikel enthalten kann. Zudem kann auf das Brillenglas auch noch eine hydrophobe (wasserabweisende) Schicht aufgedampft werden. Diese bewirkt, dass Wasser nicht anhaftet und abperlt. Auch Schmutzpartikel finden auf der glatten Oberfläche weniger Halt und sind leichter zu entfernen. 15 Streuwürze Durch Nanopartikel in Gewürzen können Lebensmittel desinfiziert werden. neue Geschmacksnuancen hervorgehoben werden. diese nicht verklumpen. Kurzinfo: Damit Pulver nicht zusammenkleben, werden ihnen sogenannte Rieselhilfen (auch Antiklumpmittel oder Trennmittel genannt) zugesetzt. Im Lebensmittelbereich sind dies Zusatzstoffe wie beispielsweise E 552 (Calciumsilikat) oder E 551 (Siliziumdioxid) Sie werden Quarz-Sand gewonnen und liegen in Form von Nanopartikeln vor. 16 PET- Flaschen Ein Getränk in einer PET-Flasche sieht durch Nanotechnologie appetitlicher aus. bleibt durch Nanotechnologie länger frisch. kann durch Nanotechnolgie in Regenbogenfarben leuchten. Kurzinfo: Nanomaterialien können beispielsweise die Haltbarkeit von Lebensmittel verlängern, indem sie das Aroma bewahren, vor Bakterien schützen oder dafür sorgen, dass die Verpackung stabiler wird oder die Kohlensäure länger im Getränkt bleibt. Dies wird durch eine hauchdünne Beschichtung der Verpackung (z.b. PET-Flasche) mit Nanopartikeln erreicht. 17 Brat-Folie Auf Alu-Brat-Folien kann eine Nano- Komposit-Schicht aufgetragen werden, damit... die Folie schöner glänzt und auch als Spiegelersatz benutzt werden kann. die Folie weniger Geräusche macht, wenn man sie zerknüllt. die Bratzeit verkürzt und Energie gespart werden kann. Kurzinfo: Bratfolien schützen den Backofen vor Schmutz und verhindern beim Grillieren die Entstehung gesundheitsschädlicher Stoffe (Benzyprene). Allerdings verlängern sie auch die Garzeit und damit den Energieverbrauch. Dies kann durch eine Beschichtung der Alufolie verhindert werden. Dazu werden beispielsweise schwarze, anorganische Nano- Verbundwerkstoffe eingesetzt, die die Wärmeleitfähigkeit des Materials stark verbessern. Das heisst, es wird mehr Wärme durch die Folie auf das Lebensmittel übertragen, wodurch es schneller gar wird. 18 Kochtöpfe Die Oberfläche von Pfannen kann durch Nanotechnologie verbessert werden. Welche Eigenschaften sind dabei wichtig? Antihaft-Effekt und Kratzresistenz. Antifhaft-Effekt und Bruchresistenz. Bruch- und Kratzresistenz. Kurzinfo: Nanotechnologie kann dazu benutzt werden, die Oberfläche von Pfannen zu veredeln. Einerseits wird die Oberfläche härter und zerkratzt dadurch weniger, andererseits erhält sie optimale Gleiteigenschaften, damit die Lebensmittel nicht anhaften. Swiss Nano-Cube/September /15

11 19 Bügeleisen Welche Aussage ist richtig? Bügeleisen können mit einer nanometerdünnen Glasschicht überzogen werden, damit sie leichter gleiten und kratzfest sind. einer nanometerdünnen Silberionen-Schicht überzogen werden, damit die gebügelte Wäsche keimfrei bleibt. Hilfe der Nanotechnologie viel effizienter Dampf erzeugen. Kurzinfo: Edelstahloberflächen, wie sie auf der heissen Unterseite von Bügeleisen vorkommen, sind sehr empfindlich gegenüber Kratzern, Fingerabdrücken und chemischen Alterungsprozessen. Mittels Nanotechnologie können feinste Glas-Nanopartikel auf die Edelstahloberfläche aufgebracht werden, die anschliessend zu einer dünnen, durchsichtigen Glasschicht aushärten. Die so entstandene Oberfläche ist kratzfest und gleitet besonders leicht über die Wäsche. 20 Staubsauger In Staubsaugern kann die Nanotechnologie dazu beitragen, dass sie nicht mehr so laut sind. sie automatisch ausschalten, wenn Haustiere oder Kleinkinder angesaugt werden. die Abluft besser riecht. Kurzinfo: Beim Staubsauger sowie bei Klimaanlagen und Geräten zur Luftreinigung oder Luftbefeuchtung kommt teilweise Nanosilber zum Einsatz, um das Wachstum von Mikroorganismen auf den Filtermembranen zu verhindern. Oftmals ist der schlechte Geruch in der Abluft solcher Geräte nämlich durch die Stoffwechselprodukte von Bakterien verursacht. 21 Politur für Lacke Die Autopolitur enthält Nano-Partikel, die das UV-Licht filtern, damit die Autofarbe nicht ausbleicht. Nano-Partikel, die die oberste Lackschicht abtragen und wieder glänzend machen. Kohlenstoff-Nanoröhrchen, damit der Lack kratzfest wird. Kurzinfo: Der Lack eines Autos ist der Witterung und mechanischen Belastungen ausgesetzt und altert daher mit der Zeit zwangsläufig. Ist der Lack einmal matt oder oberflächlich zerkratzt, kann eine Nano-Politur Abhilfe schaffen. In der Politur sind feinste Nano- Schleifpartikel enthalten, welche beim Polieren die oberste, stumpfe Lackschicht abtragen und eine glänzende, neue Oberfläche freilegen. 22 Glasversiegelung Autoscheiben werden mit nanometerdünnen Schichten versiegelt, damit Insekten weicher aufprallen und den Aufprall überleben. Regentropfen leichter abperlen und die Scheiben nicht so stark verschmutzen. die Farben der vorbeiziehenden Landschaften intensiver wirken. Kurzinfo: Sogenannte "Nano"-Versiegelungen werden mittlerweile wie Sand am Meer angeboten. Dabei geht es im Wesentlichen darum, auf der Scheibe eine wasserabstossende Oberflächenbeschichtung aufzutragen, von der die Regentropfen abperlen und dabei Schmutzpartikel mitreissen. Vorbild für diesen Effekt ist die Lotus-Pflanze. Die Versiegelung kann wenige Nanometer dünn sein oder auch Nanopartikel enthalten - je nach Produkt und Versiegelungsverfahren. Swiss Nano-Cube/September /15

12 23 Steinimprägnierung Welche Aussage ist falsch? Die Imprägnierungsschicht ist wenige Nanometer dünn. Die imprägnierte Steinoberfläche funktioniert wie ein Lotusblatt. Die Imprägnierungsschicht hält unerwünschte Haustiere fern. Kurzinfo: Unerwünschte Haustiere kann die Imprägnierung leider nicht fernhalten, aber sie sorgt dafür, dass mineralische Oberflächen (z.b. Steinplatten) oder poröse Untergründe (z.b. Verputz oder Beton) weniger stark verschmutzen und weniger Wasser aufsaugen. Der Effekt der wenigen Nanometer dünnen Imprägnierungsschicht lässt sich mit der Oberfläche eines Lotusblattes vergleichen: Das Wasser perlt ab und nimmt dabei die Schmutzpartikel mit. 24 Tontopf Eine nanometerdünne Beschichtung des Tontopfes verhindert, dass die Topfpflanze Läuse bekommt. die Pflanzenerde austrocknet. der Topf Kalkflecken bekommt. Kurzinfo: Sprays auf Basis der Nanotechnologie werden unter anderem für die Imprägnierung von Pflanzentöpfen aus Ton verwendet. Beim Einsprühen der Töpfe wird eine ultradünne wasserabstossende Schicht auf das Gefäss aufgetragen. Diese ist unsichtbar und atmungsaktiv, d.h. sie lässt Dampf passieren nicht aber Flüssigkeiten. Die Beschichtung verhindert die Entstehung von Kalkflecken, Frostabschälungen, Salzrändern und Moosbewuchs. 25 Schneeschaufel Welche Aussage ist richtig? Durch eine Nanobeschichtung wird der Schnee zum Schmelzen gebracht und räumt sich wie von selbst weg. werden die Schneekristalle direkt in Wasserdampf umgewandelt und der Schnee löst sich in Luft auf.. kann der Schnee nicht an der Schaufel festkleben und rutscht leichter wieder herunter. Kurzinfo: Leider kann die Nanotechnologie nichts dazu beitragen, dass sich der Schnee von selbst wegräumt Aber durch eine Nano-Beschichtung kann tatsächlich dafür gesorgt werden, dass der Schnee leichter von der Schaufel gleitet. Damit wird das Schneeschaufeln deutlich weniger kraftraubend. 26 Bohr- maschinen- Akku In Zukunft könnten mit Hilfe der Nanotechnologie Akkus aus Papier und Salzwasser bestehen. mehrere Jahrhunderte lang Energie liefern. als Frucht eines Baumes gezüchtet werden. Kurzinfo: Akkus der Zukunft könnten tatsächlich mit Hilfe von Papier (Cellulose) und Salzwasser konstruiert werden. Ein Labor der Universität Uppsala hat eine im wahrsten Sinne des Wortes grüne Batterie entwickelt, die die ungewöhnliche Cellulose-Nanostruktur einer Alge nutzt. Cellulose ist der Hauptbestandteil der Zellwände von Pflanzen und bildet unter anderem auch die Grundlage für die Papierherstellung. In den Cladophora-Algen hat die Zellulose eine sehr grosse Oberfläche. Diese wird mit einer Kunststoffschicht überzogen und dient dann als Elektroden-Material in Akkus. Swiss Nano-Cube/September /15

13 27 Socken Warum werden in Socken aus Fasern hergestellt, die Silber-Nanopartikel enthalten? Die Socken werden dadurch feuerfest und sind für Feuerwehrmänner und -frauen unerlässlich. Die Socken erhalten dadurch eine antibakterielle Wirkung und stinken weniger. Die Socken werden dadurch stabiler und bekommen keine Löcher. Kurzinfo: In die Socken sind Fasern eingearbeitet, in die Silber-Nanopartikel integriert sind oder die mit Silber-Nanopartikeln beschichtet wurden. Die Nanopartikel hemmen das Bakterienwachstum. Die Bakterien sind dafür verantwortlich, dass unangenehmer Schweissgeruch entsteht. Frischer Schweiss ist zunächst nämlich völlig geruchsfrei. Die Fasern, die mit Nano-Silberpartikeln behandelt wurden, behalten ihre ursprünglichen Textileigenschaften wie etwa die Griffgeschmeidigkeit. 28 Impräg- nierungs- Spray Durch Aufsprühen des Nano- Imprägnierungs- Sprays wird das Gewebe geschmeidiger gemacht, womit sich der Tragekomfort erhöht. erhöht sich der Luftwiderstand und die Kleidung wird windundurchlässig. entsteht eine wasserabweisende Oberfläche und die Kleidung bleibt trocken. Kurzinfo: Nano-Imprägnierungsspray wird auf Kleidungsstücke oder Schuhe aufgesprüht, um eine wasserabweisende (hydrophobe) Oberfläche zu erzielen. Dabei wird ein Effekt aus der Pflanzenwelt, der sogenannte Lotuseffekt, kopiert. Wasser wird vom Gewebe nicht mehr aufgesogen, sondern bildet Tröpfchen. Da die hydrophobe Schicht nur sehr dünn ist, bleibt eine gewisse Oberflächenrauigkeit erhalten, was dazu führt, dass die Tröpfen leicht abrollen können und dabei Schmutzpartikel mitreissen. Die Bekleidung wird sozusagen vom Regen gesäubert! 29 Schuheinlagen In Schuheinlagen können Nanopartikel aus Siliziumdioxid eingearbeitet werden, um die Entstehung von Hornhaut zu hemmen. Nanopartikel aus Silber eingearbeitet werden, damit kein unangenehmer Fussgeruch entsteht. Kohlenstoff-Nanoröhrchen eingearbeitet werden, damit die Fuss-, Knie- und Hüftgelenke weniger stark belastet werden. Kurzinfo: In Schuheinlagen können Nanopartikel aus Silber eingearbeitet werden, damit diese keine schlechten Gerüche entwickeln. Analog zu den Anti-Stink-Socken, kann dadurch auch in Schuheinlagen das Wachstum von Bakterien, die den Schweiss zersetzen, gehemmt werden. Silber hat übrigens schon eine sehr lange Tradition im Bereich der Medizin und Hygiene dank seiner keimtötenden Wirkung. Als es noch keine Kühlschränke gab, legte man eine Silbermünze in die Milch, um sie länger frisch zu halten. 30 Jacke Bei der Herstellung von Outdoor-Nano- Textilien wird... die Gewebeoberfläche mit einer Nano-Schicht veredelt. das Kleidungsstück mit Nanopartikeln bestrahlt. eine Faser verwendet, die aus einzelnen Kohlenstoff- Nanoröhrchen besteht. Swiss Nano-Cube/September /15

14 Kurzinfo: Aus einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann noch kein Gewebe hergestellt werden. Aber die Röhrchen können in synthetische Fasern eingearbeitet und dann zum Beispiel zu schusssicheren Westen verarbeitet werden. Im Outdoor-Bereich, wird zumeist die Oberfläche der verwendeten Fasern oder des Stoffes nanotechnologisch verändert, um eine wasser- und schmutzabweisende Wirkung zu erzielen. 31 Hose Welche Eigenschaften besitzen nanoveredelte Outdoor- Kleider? Sie ziehen Wasser an und wandeln es in Dampf um, damit es durch die Textilien von innen nach aussen gelangen kann. Sie stossen Wasser ab, lassen aber Wasserdampf passieren. Sie ziehen Wasser an damit es allenfalls vorhandenen Schmutz von den Textilien waschen kann. Kurzinfo: Outdoor-Kleidungsstücke ziehen natürlich kein Wasser an und können es auch nicht in Dampf umwandeln. Mit nanotechnologischer Hilfe wird aber erreicht, dass Wasserdampf, der vom Körper freigesetzt wird, durch das Textil nach aussen wandern kann, während Wasser von aussen ferngehalten wird. Dies wird erreicht durch eine ultra-dünne hydrophobe (wasserabweisende) Beschichtung der Faser oder des Gewebes. 32 Deo Deos können Silber-Nanopartikel enthalten. Diese bewirken, dass man überhaupt nicht mehr schwitzt und die Achselhöhlen damit selbstreinigend werden. das Bakterienwachstum, welches für die üblen Gerüche verantwortlich ist, gehemmt wird. weniger Achselhaare wachsen und damit die Hygiene erleichtert wird. Kurzinfo: Durch die antibakterielle Wirkung von Silber sollen Deos besser gegen Schweissund Körpergeruch wirken. Der Wirkungsmechanismus beruht darauf, dass aus Silber- Nanopartikeln sogenannte Silberionen freigesetzt werden, die die Zellwände von Bakterien verändern und damit die Zellfunktionen stören. Das Bakterienwachstum wird gehemmt und der unangenehme Geruch reduziert, der bei der Zersetzung des Schweisses durch die Bakterien entsteht. Dieser biozide Effekt ist bei Nanopartikeln stärker als bei grossen Partikeln. 33 Schwangerschaftstest Welche Aussage ist richtig? Die Gold- Nanopartikel kommen im Urin von Schwangeren vor Sie werden vom Test aufgesogen und formen einen roten Strich. reagieren mit einem Schwangerschaftshormon, wodurch auf dem Test ein roter Strich entsteht. erkennen ein Schwangerschaftshormon und wandeln dieses bei Sonneneinstrahlung in einen roten Farbstoff um. Kurzinfo: Auf dem Teststreifen befinden sich zwei verschiedene Sorten Antikörper ein beweglicher an der Testspitze und einer, der im Testfenster auf einer Linie fixiert ist. Beide können an ein Hormon andocken, das im Urin von Schwangeren enthalten ist. An den beweglichen Antikörpern haften zusätzlich rote Gold-Nanopartikel. Diese markierten Antikörper werden mit dem Urin in Richtung des Testfensters aufgesogen, docken da an den fixierten Antikörpern an und können nicht mehr weiterwandern. Im Falle einer Schwangerschaft entsteht im Testfenster eine deutliche rote Linie aus unzähligen Gold-Nanopartikeln. Swiss Nano-Cube/September /15

15 34 Zahnpasta Zahnpasta kann Kalziumphosphat- Nanopartikel enthalten, damit die Zähne weniger schmerzempfindlich werden. die Zähne für eine gewisse Zeit selbstreinigend werden. kein Mundgeruch entsteht. Kurzinfo: Die Ursache für schmerzempfindliche Zähne liegt häufig beim freiliegenden Zahnbein (Dentin). Dentin ist durch winzige Kanälchen direkt mit den Nerven im Zahninnern verbunden. Darum reagieren die Zähne auf Reize von aussen (kalte, heisse Speisen) sehr empfindlich. Die Zahnpasta enthält Kalziumphosphat-Partikel, die eine sehr ähnliche chemische Zusammensetzung wie das Zahnmaterial selbst (ein Mineral namens Apatit) haben. Zusammen mit dem Speichel setzten die Partikel einen Prozess in Gang, der Mineralisation genannt wird. Es bildet sich eine 2 bis 3 Mikrometer dünne Schicht, die die kleinen Kanälchen im Dentin verschliesst. 35 Haarglätter Die Oberflächen, die mit den Haaren in Kontakt kommen sind mit Nanosilber beschichtet, damit sie antimikrobiell sind. sie nicht mit den Haaren verkleben. sie sich bei gefärbten Haaren nicht verfärben. Kurzinfo: Die Glättplatten, die mit den Haaren in Kontakt kommen, können mit Silber- Nanopartikeln beschichtet werden. Dadurch wird ein antimikrobieller Effekt erzielt, der den Haarglätter keimfrei hält. Es gibt zudem auch Glättplatten, die mit Nano-Titan beschichtet werden. Dies soll sie einerseits kratzfester machen und andererseits die Gleitfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Keramikbeschichtungen verbessern. 36 Nagellack Nano-Nagellack soll besonders widerstandsfähig sein. Der Grund dafür ist die verbesserte Härte durch Siliziumdioxid- Nanopartikel. die verbesserte Löslichkeit. Der Lack lässt sich dadurch leichter auftragen. der Lack löst weniger Allergien aus als herkömmliche Lacke mit Farbpigmenten. Kurzinfo: Nagellack kann durch den Einsatz von Nanotechnologie besonders widerstandsfähig sein. Er hält länger, bekommt keine Kratzer und wird dadurch nicht matt. Was bei Finger- und Zehennägeln funktioniert, kann auch beim Auto angewendet werden. Dazu werden dem Lack keramische Nanopartikel zugesetzt, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Sie bilden eine netzartige Struktur, die den Lack gegen Kratzer schützt. 37 Sonnencrem e Sonnencremes können Nanopartikel enthalten. Welche Aussage ist richtig. Solche Sonnencremes sind transparent. Solche Sonnencremes haben nur geringe Sonnenschutzfaktoren (kleiner als 10). Solche Sonnencremes lassen sich mit Wasser leichter wieder abwaschen. Kurzinfo: Nanotechnologie sorgt dafür, dass die Sonnencreme nicht milchig aussieht sondern einen durchsichtigen (transparenten) UV-Schutzfilm auf dem Körper bildet. Dazu werden Zinkoxid- und/oder Titandioxid-Nanopartikel verwendet. Sie lagern sich gleichmässig auf der Haut ab und absorbieren die schädlichen UV-Sonnenstrahlen, während sie gleichzeitig für das menschliche Auge unsichtbar sind! Swiss Nano-Cube/September /15

16 38 Ski Nanotechnologie in Skiern trägt dazu bei, dass bei einem Unfall der Ski an einer Sollbruchstelle bricht. die mechanischen Eigenschaften optimiert werden können. die Kälte des Schnees nicht mehr auf die Skischuhe und damit auf die Füsse des Skifahrers übertragen wird. Kurzinfo: Die mit Nanotechnologie gefertigte längs verlaufende Verstärkung des Skis sorgt dafür, dass dieser stabiler wird und gleichzeitig flexibel bleibt. Dazu werden ultra-dünne mit Nanopartikeln verstärkte Schichten eingesetzt, die bis zu 50mal härter sind als Stahl, aber gleichzeitig viel leichter, weil wesentlich weniger Werkstoff verwendet werden muss (dünnere Materialstärken). Dies verringert den Kraftaufwand für Bewegungen und macht die Handhabung des Skis leichter. 39 Badewanne Waschbecken, Badewannen und Duschen riechen dank Nanotechnologie während Monaten nach Ihrem Lieblingsparfüm. können in Zukunft dank Nanotechnologie faltbar sein und darum platzsparend versorgt werden. lassen sich dank Nanotechnologie viel leichter putzen. Kurzinfo: Sanitärkeramik kann mit Hilfe der Nanotechnologie gegen Verkalkung und Verschmutzung geschützt werden. Dazu werden die Keramikoberflächen mit Nanopartikeln beschichtet. Die Beschichtung führt dazu, dass Schmutz und Kalk nicht mehr anhaften können und schützt gleichzeitig vor Kratzern. Es ist möglich, Badewannen oder Waschbecken nachträglich selbst mit einer Nano-Beschichtung zu versehen. 40 Zahnbürste Welchen Nano- Effekt nutzt man bei Zahnbürsten? Die Borsten enthalten Nano-Silber, um das Bakterienwachstum zu verringern. Die Borsten sind mit Nanopartikeln beschichtet, um die Zähne auf Höchstglanz zu polieren. Die Borsten der Zahnbürsten sind mit Nanoporen durchzogen, um besonders effektiv Schmutz zu beseitigen. Kurzinfo: Silber ist sehr wirksam gegen Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Viren). Verantwortlich dafür ist das positiv geladene Silberion, das im Beisein von Feuchtigkeit durch Oxidation entsteht. Die Silber-Nanopartikel, die in den Borsten der Zahnbürste eingearbeitet sind, setzen laufend Silberionen frei. Die genauen Mechanismen sind noch nicht völlig verstanden. Eine Möglichkeit ist die folgende: Silberionen lösen Veränderungen an den Zellwänden der Bakterien aus, wodurch wichtige zelluläre Funktionen gestört werden. 41 Zahnpulver Welche Aussage ist richtig? Zahnpulver und Zahnpasten können weisse Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthalten, um die Zähne zu bleichen. Zahnpulver wird aus Tierzähnen hergestellt, die mit Hilfe von Spezialmühlen zu Nano-Partikeln zermahlen werden. Zahnpulver und Zahnpasten können Peroxid- Nanopartikel enthalten, die dafür sorgen, dass die Zähne weisser werden. Swiss Nano-Cube/September /15

17 Kurzinfo: Zahnpulver oder Zahnpasten können das Bleichungsmittel Calciumperoxid (auch Calciumdioxid genannt) mit der chemischen Formel CaO 2 enthalten. Durch seine Anwendung in Nanogrösse soll es in kleinste Zahnritzen eindringen und so den Bleichungseffekt noch verstärken. Calciumperoxid wirkt übrigens auch desinfizierend! In seltenen Fällen wird es als Lebensmittelzusatzstoff E 930 zum Bleichen von Mehl eingesetzt. 42 Zwerg Wie stehen die Wörter Nano und Zwerg miteinander in Verbindung? Sie sind weder verwandt noch verschwägert. Nano kommt aus dem Rätoromanischen und bedeutet Zwerg. Nano ist griechisch und bedeutet Zwerg. Kurzinfo: Die Vorsilbe Nano stammt aus dem griechischen und wurde aus dem Wort nanos für Zwerg abgeleitet. Die Längeneinheit, die dieser Technologie den Namen gegeben hat, ist der Nanometer (Abkürzung: nm). Ein Nanometer ist so lang wie der milliardste Teil eines Meters ( m). Das heisst, ein Meter entspricht genau einer Milliarde Nanometer. Wenn man ein menschliches Haar (0.1 mm dick) mal aufspalten könnte, würde dies einem Nanometer entsprechen. Swiss Nano-Cube/September /15