Nanotechnologie Praktikum Universität Marburg 24./25.09.2007

Im Rahmen des Wahlmoduls Nanotechnologie besuchten 11 Studenten des Studiengangs Ingenieurwesen/Mikrosystemtechnik Herrn Prof. Dr. Greiner und Herrn Prof. Dr. Wendorff in ihren Laboren am Fachbereich Chemie der Universität Marburg, um an einem Praktikum teilzunehmen.

Durch Prof. Dr. Greiner und Dr. habil. Seema Agarwal wurden wir über den Ablauf und die Auswertung des Praktikums informiert und entsprechend unserer Versuchswünsche in Gruppen eingeteilt. Nach der obligatorischen Sicherheitseinweisung konnten wir die Arbeit im Labor aufnehmen.

Inhalte der Veranstaltung waren sowohl das Elektrospinnen von Nanofasern aus Polyvinylalkohol (PVA) und das Spincoaten von dünnen Polystyrolfilmen aus Polymerlösungen, als auch die Herstellung von Magnetit – und TiO2 – Nanopartikeln.

Abbildung 1: SEM - Aufnahme Polyvinylalkohol - Nanofasern Abbildung 2: SEM - Aufnahme Magnetit - Nanopartikel

Die so hergestellten Materialien wurden verschiedensten Analysen zur Charakterisierung unterzogen.

Zuerst wurden z. B. die Nanofasern mit einem digitalen Lichtmikroskop mit bis zu 5000facher Vergrößerung betrachtet und vermessen, um den durchschnittlichen Faserdurchmesser zu bestimmen.

Anschließend wurden die Nanofasern sowohl unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM) als auch unter dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) betrachtet, wobei wir in die Funktionsweise und Bedienung eingewiesen wurden und selbst Blicke bis hin zu den Gitterebenen in Kristallen von Nickelfasern werfen durften.

Abbildung 3: TEM - Aufnahme einer Nickel - Nanofaser Abbildung 4: Transmissionselektronenmikroskop (TEM)

Zur Charakterisierung von Oberflächen wurden die Oberflächen – Profilometrie Dektak und die Rasterkraftmikroskopie (AFM) vorgestellt, durch welche man einen Profilschnitt der Oberfläche und eine beinahe beliebig skalier- und darstellbare, dreidimensionale Oberfläche eines Objektes mit einer Auflösung von ca. 100 nm erhält.

Weitere Charakterisierungsmethoden waren die Rotationsviskosimetrie zur Bestimmung der Viskosität der PVA - Lösungen, Emissionsspektroskopie zur Bestimmung der Materialzusammensetzung, Thermogravimetrische Analyse (TGA) zur Bestimmung des Abbauverhaltens von Polymeren bei zunehmender Temperatur und Differential Scanning Calometry (DSC) zur Bestimmung der Schmelz- und Glastemperaturen von Polymeren.

Außerdem wurden die Oberflächenspannung und die elektrische Leitfähigkeit an von uns zu Nanofasern versponnenen PVA – Lösungen bestimmt. Dadurch können die Einflüsse der Eigenschaften Viskosität, Oberflächenspannung und elekrische Leitfähigkeit auf die Durchmesser der Nanofasern und deren Verarbeitbarkeit durch Elektrospinnen abgeschätzt werden.

Zum Abschluss wurde noch die Porosität von Nanofaser – Vliesen für eine Wassersäule definierter Höhe und bei Beaufschlagung von Wasserstoff unter hohem Druck bestimmt, was Ergebnisse über die Eigenschaften dieser Vliese als Filterstoff für z. B. Luftfilter liefert.

Abschließend lässt sich sagen, dass das Praktikum die Vorlesungsinhalte nicht nur vertieft, sondern be- „greifbar“ gemacht hat. Dieses Praktikum ist eine einmalige Möglichkeit, nanoskalige Materialien zu synthetisieren, Analysemethoden kennen zu lernen und dadurch Impulse für Unternehmen und Studenten zu geben, die bei Fragestellungen um Materialien und deren Charakterisierung neue Lösungsansätze ins Blickfeld rücken.

Christoph Hain, StudiumPlus-Student