Physik im Bereich von Milliardstel Metern
„There’s Plenty of Room at the Bottom“: „Unten ist eine Menge Platz“. Dies war der Titel eines Vortrags, den der Physiker und spätere Nobelpreisträger Richard Feynman (1918 bis 1988) am 29. Dezember 1959 am California Institute of Technology hielt. Dabei stellte er zahlreiche Ideen vor, wie Technologie auf mikroskopischer Ebene funktionieren könnte. Seine Vorschläge wurden später zur Grundlage der Nanotechnologie. Namensgeber ist das griechische Wort „Nanos“, das „Zwerg“ bedeutet. Die Größenordnung, die damit bezeichnet wird, ist der Nanometer, der milliardste Teil eines Meters. Das ist ungefähr der Durchmesser eines größeren Atoms. Inzwischen sind bald 60 Jahre vergangen und die Nanotechnologie ist in unseren Alltag eingezogen.
Schülerinnen und Schüler der 10., 11. und 12. Jahrgangsstufe des Ringeisen-Gymnasiums der St. Josefskongregation konnten im Rahmen des Projekts „Faszination Nanotechnologie“ dieser Entwicklung nachspüren. Organisiert wurde die Veranstaltung von der Chemie- und Physiklehrerin Carmen Rettermeier. Als Partner fungierte die IJF – Initiative junger Forscherinnen und Forscher. Hierbei handelt es sich um Studenten, Doktoranden und Postdocs, die den Schülerinnen und Schülern in Vorträgen, Praktika und Diskussionsrunden ihr Fachwissen vermitteln. Die IJF wird teilweise über den Europäischen Sozialfond (ESF) finanziert, weshalb alle Beteiligten einen entsprechenden Fragebogen ausfüllen mussten. Für die teilnehmende Schule ist die Aktion kostenlos.
Die Veranstaltung gliederte sich in zwei Tage im Abstand von rund einigen Wochen. Jedes Mal waren mehrere naturwissenschaftliche Fachräume für zahlreiche Experimente reserviert. Zwischen den beiden Teilen hatten Interessierte die Möglichkeit, zu einem bestimmten, selbst gewählten Thema aus dem Bereich Nanotechnologie zu recherchieren und ein Poster mit ihren Ergebnissen zu gestalten und zu präsentieren. Ein wesentliches Ziel der Initiative besteht nämlich darin, Jugendliche und junge Erwachsene an das wissenschaftliche Arbeiten heranzuführen. Dabei wurde auch die Vielfalt der nanotechnischen Anwendungen deutlich. Die Miniaturisierung von Schaltungen in Smartphones ist ein bestechendes Beispiel. Aber auch die Strukturierung von Oberflächen, sodass sie schmutzabweisend oder wasserabweisend werden, gehört dazu. Oft ist die Natur hier ein großes Vorbild, so auch beim „Lotoseffekt“, der dafür sorgt, dass Wassertropfen von den Blättern der Lotuspflanze abperlen. Bekannt und durchaus kontrovers diskutiert ist das Nanosilber, bestehend aus Silberteilchen, die weniger als 100 Nanometer Durchmesser haben. Silber verfügt über eine starke antimikrobielle Wirkung. Entscheidend ist hier die große Oberfläche der kleinen Teilchen. Dazu ein Beispiel: Eine Silberkugel, die ein Gramm wiegt, hat eine Oberfläche von rund einem Quadratzentimeter. Die gleiche Menge Silber, verteilt auf Kügelchen von 100 Nanometer Durchmesser, hat eine Oberfläche von rund 5,7 m². Durch die Verteilung auf kleine Teilchen vergrößert sich die wirksame Oberfläche also um den Faktor 57 000. Von der Hautpflege bis zur Haltbarmachung von Lebensmitteln reicht das Spektrum dieser Anwendung.
So erhielten die Schülerinnen und Schüler einen faszinierenden Einblick in die Möglichkeiten moderner Naturwissenschaft. Die Nachhaltigkeit dieses Lernens wurde gefördert durch weitgehend selbstständiges Arbeiten.
