Materialliste der wichtigsten Teile des Versuchs:

• Glasplatte mit Schicht
• Teewasser
• Glasplatte mit Schicht, auf der sich die rote Farbe abgesetzt hat
  

• Glasplatte
• Glasplatte mit Granitschicht
  

Versuch Herstellung einer Grätzelzelle

Benötigte Materialien:

• Negative und Positive Elektrode
• Roter Tee
• Wasser
• Multimeter
• Kabel
• Krokodilklemme
• Graphit

Versuchsdurchführung:

Wir haben zuerst eine negative Elektrode hergestellt. Dazu haben wir die TiO2 - Schicht mit rotem Teewasser eingefärbt. Danach haben wir das Ganze mit einem Föhn getrocknet. Als nächstes folgte die Herstellung der positiven Elektrode. Hierzu mussten wir erst einmal mit einem Messgerät die jeweiligen Widerstände auf den zwei Seiten der Glassplatte mit einem Multimeter messen. Auf der einen Seite ergab sich ein Widerstand von 1 Ohm, auf der anderen Seite ein Widerstand von ca. 0,002 Ohm. So haben wir nun herausbekommen dass wir auf die Seite mit wenigem Widerstand die Graphitschicht draufmachen sollten. Jetzt mussten wir nur noch beide Platten mit Krokodilklemmen verbinden. (An die Krokodilklemmen waren noch Kabel angeschlossen)

So sah dann unsere Grätzelzelle aus:


Leider hatten wir für die folgenden Aufgaben keine Zeit mehr, da die Unterrichtsstunde schon vorbei war.

Die Grätzelzelle

Hierzu müssen wir vorab erst einmal erklären, was Anthocyane sind.
Anthocyane sind Naturfarbstoffe, die in Hibiskusblüten, Kirschen oder auch Brombeeren enthalten sind.

Was heißt eigentlich nun Grätzelzelle?

Die Grätzel-Zelle, benannt nach ihrem Erfinder Michael Grätzel, ähnelt einer herkömmlichen Solarzelle. Sie besteht aus nanokristallinem Farbstoff. Auch ist sie unter dem Namen organische Solarzelle bekannt.

Wie ist die Grätzelzelle aufgebaut?

Im Groben besteht die Grätzelzelle aus zwei Glasplatten, die aufeinander liegen und jeweils beschichtet sind. An der einen Glasplatte ist die negative Elektrode angebracht. Diese besteht aus einem Glassubstrat, das mit Titandioxid, einem Halbleiter, beschichtet ist. An der zweiten Glasplatte ist eine positive Elektrode angebracht. Diese ist mit einer dünnen TCO- Schicht überzogen und mit Platin beschichtet.

Wie funktioniert das Prinzip der Grätzelzelle?

Die Grätzelzelle überspringt die Fotosynthese und wandelt die Solarenergie in Strom um. Diesen Vorgang nennt man auch Photovoltaik. Dabei spielen die oben erwähnten Anthocyane eine große Rolle, denn sie übernehmen die Rolle des Chlorophylls. Da aber wie oben erwähnt die Fotosynthese übersprungen wird, nimmt man lieber die Anthocyane.

Was passiert, wenn Licht auf die Grätzelzelle trifft?

Sobald Licht auf die Grätzelzelle trifft, lösen sich Elektronen aus dem Farbstoff (Anthocyan) und streben im Titandioxid genau auf die Elektrode zu. Wenn der Stromkreis dann geschlossen ist, fließt elektrischer Strom. Dabei fließen die Elektronen, nachdem sie ihre Energie an ein elektronisches Gerät abgegeben haben, über die positive Elektrode zurück in die Solarzelle. Als Beschleuniger, damit die Elektronen schneller zu den positiv geladenen Farbstoffatomen zurücktransportiert werden, dient hierbei Platin.

Nanosilber - Was ist das?

Nanosilber besteht aus winzigen Nanoteilchen, die meist in Wasser gelöst sind. Jedoch hat die Nanosilberlösung nicht wie gedacht eine Silberne Farbe, sondern sie ist goldgelblich und klar.
Das Gute an Nanosilber ist, ist dass die kleinen Atomteilchen im Nanosilber Bakterien abtöten. Aus diesem Grund wird Nanosilber vermehrt in der Textilindustrie, wie z.B. in Socken oder Unterwäsche, angewendet.

Zusammensetzung der Nanosilberlösung im Schülerversuch:

Es gibt verschiedene Arten der Herstellung von Nanosilberlösungen.
Hier ein Beispiel:

• 20 ml Silbernitratlösung (1,7 g Silbernitrat in 100 ml)
• 0,5 ml Tanninlösung (0,02 g Tannin in 5 ml)
• 2,0 ml Natriumcarbonat (0,01 g Natriumcarbonat in 10 ml)

Benötigte Materialien:

• Lösungen + Carbonat
• Bunsenbrenner
• Bechergläser
• Petrischale
• Bakterien
• Wasser
  

Durchführung 1:

Zuerst haben wir die beiden Lösungen (Silbernitrat + Tannin) zusammen vermischt und auf 80°C erhitzt. Nach und nach haben wir das Natriumcarbonat vorsichtig hinzugegeben. Es entstand eine dunkelbraune bis schwarze Flüssigkeit.
(Anmerkung: Normalerweise soll eine goldgelbe, klare Flüssigkeit entstehen. Du durch die zu hohe Temperatur haben die Silbernitratteilchen weiter reagiert und es haben sich Silberklumpen gebildet. Da diese Klumpen nicht mehr im Nanobereich sind, haben sie keine Nanoeigenschaften mehr und sind somit nicht mehr für den Versuch zu gebrauchen. Um ein optimales Ergebnis zu bekommen, darf man die Lösung nur bis maximal 45°C erhitzen. Sie ist bei dieser Temperatur zwar nur leicht gelblich, aber die Teilchen reagieren etwas weiter und so verdunkelt sich die Farbe, bis man nachher die gewünschte goldgelbe Farbe erhält.)


Durchführung 2:
Danach haben wir den Nährboden in der Mitte geteilt und auf der einen Seite gut mit Wasser benetzt, und die andere Seite mit einer neuen, optimalen Nanosilberlösung. Dann haben wir verschiedene Gegenstände, ab denen sich Bakterien befinden könnten, gleichmäßig auch beide Seiten vorsichtig gedrückt.


Ergebnis:

Nach ein paar Tagen im ''Brutschrank'' konnten wir schon einige Bakterienkulturen auf der Wasserbeschichteten Seite erkennen. Im Gegenteil zu der Nanobeschichteten Seite. Dort hatten sich bisher noch keine Bakterien gebildet.

Schlussfolgerung:
Mit diesem Versuch ist bewiesen, dass die Nanosilberlösung die Bakterienkulturbildung eindämmen kann und sie sogar für 2-3 Tage die Bildung stoppt.

Bild 1) 1. Tag

Petrischale, in der verschiedene Abdrücke sind (weiße Stellen)
Blau=Wasser
Grau=Nanosilber















Bild 2) 3. Tag

Man kann gut die Bakterienbildung auf der wasserbeschichteten Seite um die Abdrücke erkennen. Auf den NS-Seite haben sich leichte Bakterienkulturen gebildet.

Die Gefahren bei Nanosilber

Da die Verwendung von Nanosilber im alltäglichen und medizinischen Bereich erstseit kurzem floriert, ist der Grad der Langzeit- oder Folgeschäden noch nicht weit erforscht.
D.h. man weiß nicht, ob beim Tragen von Socken mit Nanosilber im Gewebe, welcher den Schweißgeruch lindert oder unterbindet, keine Schäden auslöst. Natürlich können allergische Reaktionen auftreten welche aber bei jedem Produkt auftreten können. Wichtiger ist die Frage, wie die Reaktion des Körpers auf das Silber nach 10-20 jährigem Tragen aussieht, oder ob in der Zeit keine äußerlichen Symptome sichtbar werden, sondern sich z.B. Silberteilchen im Körper angesammelt haben, die zu schädlichen Folgen fürhren könnten...wie gesagt, man ist sich noch nicht im Klaren, wei gut oder schlecht diese Nanosilberteilchen sind. Aus diesem Grund würden wir abraten, nur noch Prudukte zu kaufen, in denen sich Nanosilber oder Nanoteilchen allgemein befinden, zur eigenen Sicherheit.

Anwendungsgebiete von Nanosilber im häuslichen Gebrauch:

• Kosmetika
• Putztücher
• Waschmaschienen
• Kühlschränke
• Mikrowellen
• Lebensmittelverpackungen
  
• Zahnbürsten
• Farben
• Töpfe
• Schuhe

Bionik - Was ist das?

Bionik ist der Begriff der Umsetzung/ Anwendung von verschiedenen Vorkommnissen in der Natur in die Technik.
Es gibt viele verschiedene Anwendungsbereiche der Bionik. Z.B. in der Baubionik, Bewegungsbionik, Evolutions-/ Optimierungsbionik, Informationsbionik, Klimabionik, Konstruktionsbionik, ...

In der Bionik gibt es 2 verschiedene Vorgehensweisen in der Umsetzung von Biologie in Technik:

1) Bionik als ''top-down-Prozess''
Er besteht zusammengefasst aus 4 Schritten:

1. Man hat eine gewisse Vorstellung seines Produktes
2. Man sucht Synonyme des gewünschten Modells in der Natur
3. Man analysiert die ''Bauweise/Vorgehensweise'' der Natur
4. Man setzt die gewonnenen Erkenntnisse der Analyse mit dem Modell in Verbindung und versucht somit, das Problem zu lösen.

Beispiele: Technik - Natur

• Flugzeug - Vögel
• Fallschirm - Blume mit Gleitsamen
• Winglets an Flugzeugen - Gleitvögel
• Autoreifen - Katzenpfote

2) Bionik als ''bottom-up-Prozess''

Das Vorgehen den ''bottom-up-Prozesses'' steht genau im Gegensatz zum ''top-down-Prozess''. Man erforscht zuerst ein bestimmtes Objekt aus der Natur und entwickelt mit Hilfe der gesammelten Erkenntnisse neue Produkte, die auf der Grundlage des jeweiligen Phänomens der Natur basieren.

Beispiele: Natur - Technik

• Lotuseffekt - selbstreinigende Oberflächen
• Baum- und Knochenbau - Struktur von Bauteilen an Rundungen (CAD)
• Haischuppen - verminderung des Luft-/Wasserwiderstands anhand von ''Riplet-Folien''
• Pflanze - Klettverschluss

Weitere Beispiele der Bionik, die in unserem Leben eine kleine, aber bedeutende Rolle spielen:

• Saugnäpfe - Kraken
• Echolot - Delphine/Fledermäuse
• Propeller - Ahornsamen (Flügelfrucht)
• Schwimmflossen - Frösche und Wasservögel
• Lüftungssystem (LS)- LS im Termitenbau

Gleitsamen - Fallschirm