The thing about hip hop today is it’s smart, it’s insightful. The way they can communicate a comlpex message in a very short space is remarkable – Barack Obama
Im Vergleich zu anderer Musik muss ich mich, wenn ich Hip-Hop Lieder höre, viel mehr mit den Texten auseinandersetzen und zuhören. Die Kritik an den einzelnen Künstlern ist oft gerechtfertigt. Trotzdem stört es mich, dass dem Hip-Hop pauschal die Vorwürfe nicht differenziert zu sein gemacht werden. Obwohl es auch von etwas Humor zeugt einem ganzen Genre vorzuwerfen nicht differenziert zu sein. Interessant ist es auch, weil Streit und Diskussion ein wesentlicher Bestandteil der Hip-Hop Kultur ist:
Rap ist wie Autoscooter: man kann sich zwar ausweichen, aber nen Aufprall ist cooler! – Samy Deluxe
Die verschiedenen Künstler legen das was? und wie? sehr unterschiedlich aus. Hip-Hop wurde in den 70er und 80er von der afroamerikanischen Bevölkerung in den USA erfunden/entwickelt (oder was man dazu sagt…). Von vorneherein war Hip-Hop Musik, die von Minderheiten gemacht (oder zumindest sehr stark geprägt) wurde und beschäftigte sich deswegen auch häufig mit deren Problemen. Als Hip-Hop in Deutschland, Frankreich, England usw. einzog, sah es ähnlich aus. Ein Hauptthema, welches in den letzten Wochen wieder sehr aktuell geworden ist, ist Diskriminierung. Zu der aktuellen Diskussion nach dem Özil-Tweet hat Eko Fresh zum Beispiel folgenden Beitrag gebracht:
Was mir echt gut gefällt, ist dass er sein Lied dialektisch aufgebaut hat: These – Antithese- Synthese, wobei mir eigentlich noch besser gefällt, dass er die beiden Sichtweisen versucht ernst zu nehmen und nicht von vorneherein Verurteilt.
Ein weiteres Beispiel ist die Geschichte um Albert Adriano: Am 14. Juni 2000 wurde der Mosambikaner in Dessau ein Todesopfer rechtsextremer Gewalt. Er wurde in der Nacht vom 10. Auf den 11. von drei Neonazis so zusammengeschlagen, dass er drei Tage später seinen Verletzungen erlag.
Die Erlöse aus dem Liedprojekt der Brothers Keepers wurden den Angehörigen der etwa 120 Opfer gespendet, die seit 1989 durch Morde aus rassistischen Hintergründen ums Leben kamen. Vor einigen Tag kam dann der Remix raus…
Ein älteres Beispiel ist Advanced Chemistry. Als 1992 Asylheime in Rostock brannten, veröffentlichten sie das Lied Fremd im eigenen Land. Es thematisiert, dass die Künstler sich als Deutsche nicht willkommen fühlen bzw. nicht als vollwertiger Teil der Gesellschaft. Als ich es mir jetzt mal wieder angehört habe, ist mir klargeworden, wie aktuell dieses Lied noch ist…
]]>Faktastisch ist mit 6.3 Millionen Followern (stand Juli 2018) eines der beliebtesten Profile in Deutschland. Dort werden jeden Tag verschiedene Fakten kurz und prägnant präsentiert. Sie sind thematisch komplett durcheinander gewürfelt und oft mit Aha-Effekt, lustig, oder mit lustigen Aha-Effekten. Diese Infos, die immer auf ein Bild reduziert sind, kann man zwar als kurzweilige Berieselung ansehen, aber trotzdem habe ich damit so meine Probleme. Es ist natürlich toll, und passt auch etwas in unseren Zeitgeist, Aussagen immer schnell und ungeprüft, ohne sich mit der Thematik auseinanderzusetzen, weiterzuplappern, aber irgendwie tut das auch ein bisschen in meiner Wissenschaftlerseele weh…
Ich wollte vor kurzem mal eine Aussage, die mich sehr interessiert hat überprüfen und war nicht in der Lage irgendwelche Infos dazu zu finden. Das kann natürlich auch an meinen sehr schlecht ausgeprägten Recherchefähigkeiten liegen, ganz happy war ich damit trotzdem nicht…
Deswegen habe ich angefangen von Zeit zu Zeit mal solche Aussagen etwas genauer anzuschauen um zu sehen wo sie denn überhaupt herkommen. Ich glaube gar nicht das Faktastisch unsauber arbeitet, aber ich finde es trotzdem wichtig Sachverhalte zu hinterfragen…
Letzte Woche habe ich z.B. ein sehr spannendes Post gefunden:
Das Thema Arbeitszeit ist seit einigen Jahren sehr medial und den meisten Firmen (und Mitarbeiter) ist mittlerweile klar geworden, dass der klassische 8-Stunden Tag nicht sehr effektiv ist. Wir sind alle große Fans der Work-life-life-life Balance (am besten noch mit etwas Achtsamkeit…), und dies ist auch ein wichtiger Punkt für Firmen um fähigen Nachwuchs zu binden und sich als Arbeitgeber attraktiv zu machen.
Zu dem Post habe ich einige Zeitungsartikel gefunden, die über das Thema schreiben. Es stimmt, dass die Firma Unterweger ab dem 1. Oktober 2017 die 36 Stundenwoche anstatt der 38,5 Stundenwoche eingeführt hat. Die Mitarbeiter arbeiten jetzt 9 Stunden pro Tag, was nach deutschem Recht zu 9 + 45 min Pause heißt, und haben dafür freitags frei. Sie bekommen zwar den selben Lohn, mussten aber auf eine Lohnerhöhung verzichten. Ein längeres Wochenende ist natürlich sehr schön, allerdings wurde bei Unterweger freitags sowieso immer nur vormittags gearbeitet. Ich persönlich finde die Initiative der Firma sehr gut, allerdings kann es das Arbeiten auch unflexibler machen, da man von Montag bis Donnerstag immer ca. 10 Stunden da sein muss. Aber das ist dann wahrscheinlich persönliche Präferenz.
Die Firma berichtet auch von gestiegener Profitabilität. Nach einem halben Jahr ist durch die Umstellung ein Umsatzplus (wie groß weiß ich leider nicht…) zu verzeichnen gewesen. Das ist natürlich ein super Ergebnis, aber generell ist es aber kein großes Geheimnis, dass man die selbe Arbeit auch in kürzer Zeit schafft, jeder dessen Wecker mal nicht geklingelt hat, hat auch festgestellt, dass man den Weg zur Arbeit schneller schaffen kann….
[1] https://tirol.orf.at/news/stories/2913844/ (abgerufen 23.07.2018)
[2] https://derstandard.at/2000080185933/Viertagewoche-als-Erfolgmodell-in-Osttiroler-Unternehmen (abgerufen 23.07.2018)
[3] https://www.kleinezeitung.at/kaernten/osttirol/5356939/Assling_Brueder-Unterweger-brennen-fuer-die-VierTageWoche (abgerufen 27.07.2018)
]]>Die Trennung von Öl und Wasser, zum Beispiel nach einem Unglück, oder aber auch in der Industrie ist nach wie vor eine große technische Herausforderung. In dem Artikel haben sich die Autoren aus Schweden Balsaholz genommen um dieses Problem zu lösen. Dafür haben sie das Holz mit Säure bearbeitet. Die Säure löst die Lignine (feste Biopolymere) aus den Zellwänden. Dadurch entsteht eine nanoporöse Oberfläche in dem Holz, wie man in dem Bild sehen kann:
Dieses Holz wurde dann mit Epoxidharz versiegelt. Das Epoxidharz setzt sich netterweise in die geöffneten Nanoporen und verschließt diese wieder. Die größeren Poren werden allerdings nicht von dem Harz verschlossen, sondern bleiben erhalten. Holz neigt in der Regel dazu, Wasser aufzusaugen. Diese Eigenschaft wird durch das Epoxidharz allerdings unterdrückt. Dafür hat das Holz jetzt eine Vorliebe für Öl entwickelt. Diese ist so stark ausgeprägt, dass das Holz sogar unter Wasser Öl aufsaugen kann:
Während das reine Balsalholz noch 28 g/g Wasser aufsaugen kann, verringert sich dieser Wert auf 0.3 g/g für das Bearbeitete. Dafür kann das bearbeitete Basalholz jetzt 6 – 20 g/g Öl aufsaugen.
Diese Arbeit ist für mich aus zwei Gründen sehr spannend. Ersten ist das Trennen von Öl und Wasser eine technische Herausforderung und deswegen eine spannenden Ingenieuraufgabe und zweitens bin ich großer Freund von kreativen Ideen wie der Benutzung von biologischen Vorlagen, die einfach zu bearbeiten sind und schon sehr viele Vorteile mit sich bringen…
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Thema meiner Vorlesung war der Carnot-Kreisprozess. Dieser Kreisprozess (hier geht es mit der Verwirrung schon los…) ist ein um 1820 entstandenes Gedankenexperiment des französischen Wissenschaftlers Nicolas Carnot der als der Begründer der Thermodynamik gilt. Ganz knapp beschrieben, überlegte sich Carnot einen Kreisprozess der aus vier einzelnen Schritten besteht. Als Beispiel könnte man sich Energieerzeugung in einem Kraftwerk oder einem Automotor vorstellen. Zwei dieser vier Schritte sind dabei adiabat und zwei isotherm. Adiabat heißt, dass keine Wärme zu- oder abgeführt wird und isotherm, dass sich die Wärme während des Prozessschrittes nicht ändert, also Wärme zu- oder abgeführt wird. Um das ganze wirklich verstehen zu können, müsste man noch etwas mehr ins Detail gehen (was ich auch gerne bei Bedarf mal machen werde), aber wichtig ist, dass Carnot mit seinem Gedankenexperiment die Energieerzeugung in einem Kraftwerk oder Auto anhand dieser vier Schritte sehr gut abbilden konnte.
Das Ergebnis seiner Überlegungen ist der theoretisch maximal mögliche Wirkungsgrad eines Kraftwerkes oder Automotors. Dieser gibt an wieviel Prozent der hineingesteckten Energie in eine andere Energieform umgewandelt werden kann und hängt stark von den Temperaturen in den Prozessen ab. Allgemein kann man sagen, je wärmer der Prozess, umso besser der Wirkungsgrad. Das der Carnot-Prozess das theoretische Limit abbildet über das wir nicht hinauskönnen, lernt jeder Student in der Thermodynamik Vorlesung.
Das Paper, das ich zur Vorbereitung gefunden haben, hebt aber genau dieses Limit auf! In dem Artikel Brownian Carnot engine vom Oktober 2015 beschreiben die Autoren wie sie den Carnot-Kreisprozess, anstatt an einem makroskopischen Kraftwerk, an einem einzelnen mikroskopischen Polystyrenpartikel durchgeführt haben. Dafür mussten sie jeden der vier Prozessschritte an dem Partikel simulieren. Die Umsetzung dieses Experiments hört sich einfach an, ist aber hochkomplex. Der klassische Carnot-Kreisprozess wird in einem Temperatur-Entropie Diagramm dargestellt (Tja die Frage was Entropie ist würde auch wieder ‘nen eigenen Artikel füllen, Temperatur ist hoffentlich den Meisten bekannt…). Die entschiedene Frage für das Experiment war, wie man ein solches Diagramm messen kann. Dafür wurden die Polysterenpartikel in einem Wasserbad versenkt. Temperatur kann man leicht messen, aber für die Entropie musste man sich eines Tricks bedienen. Dafür hat man das Partikel optisch gefangen (wassss??). Man kann sich diese optische Bodenfalle wie eine Falle aus einem Bugs Bunny Zeichentrickfilm vorstellen, je steiler die Wände umso schwieriger kommt derjenige heraus der reingefallen ist. Genau solch einen Parameter hat man in Form der Steifigkeit der optischen Falle, man kann es dem Partikel also leichter oder schwieriger machen dort herauszukommen. Damit hatte man dann die beiden nötigen Paramater (Temperatur – Steifigkeit) um den Carnot-Kreisprozess simulieren zu können.
Die entscheidende Neuheit ist die wieder einmal die Größe. Während Kraftwerksprozesse als Kontinuumsprozesse beschrieben werden, werden mikroskopische Prozesse stochastisch beschrieben (???). Das führt dazu, dass mikroskopische Prozesse Fluktuationen unterliegen. Zum Beispiel kann die Temperatur örtlich fluktuieren, was bei makroskopischen Prozessen in der Regel ignoriert wird. Genau diese Fluktuation führen dazu, dass der am Polysterenpartikel gemessene Wirkungsgrad manchmal höher ist, als von Carnot vorhergesagt.
Was sich jetzt wahrscheinlich nicht so spannend anhört ist eine kleine Sensation, da das Carnotlimit neu interpretiert werden muss. Diese Ergebnisse sind nicht nur theoretisch sehr cool, sondern haben auch direkt einen Einfluss auf den Wirkungsgrad von molekularen Biomotoren und Mikromaschinen und werden daher bei deren Entwicklung und Design sehr sehr wichtig.
]]>In dem Artikel Improved air stability of perovskite solar cells vie solution-processed metal oxide transport layers vom Oktober 2015 beschreiben die Autoren, eine neue besondere Perowskitsolarzelle (also nicht Silizium, wie im Video). Diese Solarzellen sind sehr vielversprechend, da man sich sehr gute Effizienzen (umgewandeltes Sonnenlicht in Strom) erhofft und sie einfach herzustellen sind. Perowskit ist ein fotoaktives Mineral, d.h. es reagiert, wenn es mit (Sonnen-)licht bestrahlt wird. Für eine Solarzelle eine super Sache. Allerdings brauch man noch die im Video beschriebenen positiven (p-type) und negative (n-type) Schichten. Die werden bei der Perowskitsolarzellen aus bestimmten organischen Materialien hergestellt und oberhalb und unterhalb der Perowskitschicht angebracht. Diese Schichten haben solche schönen Namen wie poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulphonate oder 2,2,7,7-tetrakis(N,N-p-dimethoxyphenylamino)-9,9-spirobifluorene, und nein, ich habe es mir nicht ausgedacht!!! Das große Problem dieser Solarzellen ist, dass sie sehr empfindlich gegenüber Temperatur und Feuchtigkeit sind und dadurch schnell unbrauchbar werden. Ein Ansatz ist es die organischen n und p Schichten durch Metalloxide zu ersetzen. In dem Artikel von You und Co. wird genau das gemacht. NiOx (Nickeloxid) wird als p-type und ZnO (Zinkoxid) als n-type benutzt:
Die Metalloxide sind selber nicht nur widerstandsfähiger gegenüber äußeren Einflüssen, sie wirken gleichzeitig auch wie eine Versiegelung des Perowskit. Mit den so hergestellten Schichten erreichen die Autoren eine Effizienz von bis zu 16%, je nachdem wie dick die einzelnen NiOx und ZnO Schichten sind. Auf dem Markt erhältliche Solarzellen haben Effizienzen bis zu 22.5% (https://news.energysage.com/). Die Perowskitsolarzellen testen sie dann, indem sie deren Effizienz über viele Tage messen und mit den Messungen von organisch beschichteten Perowskitsolarzellen vergleichen. Ein Beispiel sieht man im Bild unten:
Man sieht ganz deutlich, dass die organisch beschichteten Zellen sehr schnell versagen, während die Metalloxidischen ihre Effizienz beibehalten. Das Ziel dieser Arbeit, die Perowskitsolarzellen stabiler zu machen ist also sehr erfolgreich gewesen und dadurch wird der bisherige Nachteil dieses Solarzellentypes stark verbessert. Jetzt bleibt nur noch zu hoffen, dass auch die Effizienz noch wesentlich verbessert werden kann
]]>In seinem Buch nimmt Ernest Cline seine Leser auf eine superspannende und sehr durchdachte Reise durch die virtuelle Realität. Ganz im Sinne guter Science Fiction ist vieles davon heute noch nicht real, aber sehr gut recherchiert oder durchdacht. Quasi parallel dazu schafft Cline es eine Lobeshymne über die Popkultur der 80er und 90er zu verfassen. Da ich als Kind (und eigentlich immer noch) selber viel Zeit mit Popkultur verbracht habe, konnte ich gar nicht genug von den ganzen Anspielungen im Buch bekommen. Endlich hatte ich das Gefühl, dass keine Sekunde von Godzilla, Power Rangers oder Star Craft verschwendet war, da in Clines Zukunftsszenario die Entwicklung der VR Hand in Hand mit der Popkultur einhergeht.
Da ich dieses Buch vor allen meinen Freunden komplett in den Himmel gelobt habe, konnte ich den Kinofilm natürlich gar nicht abwarten… Und was war passiert? Das Buch, dass vor Detailiebe nur so strotzte, sich Seitenweiße mit den Vor- und Nachteilen der virtuellen Realität auseinandersetzte und dabei einen spannenden Plot aufweist, wurde in einen 08/15 Hollywoodfilm verwandelt…
Eigentlich bin ich überhaupt kein Fan der, das Buch ist aber viel besser als der Film, Floskeln, aber hier geht es leider nicht anders, der Film weicht inhaltlich leider komplett vom Buch und der so abwechslungsreiche Plot, kann problemlos mit jedem anderen Mittelklasse Hollywood ausgetauscht werden.
Das ärgert mich nicht nur, weil ich als 8-jähriger Druckerpapier meterweise ausgefaltet habe, um die Galaktika im Kampf mit den Zylonen als komplettes Szenario zu malen, sondern weil hier eine die Chance verpasst wurde Themen, die unglaublich relevant für unsere Gesellschaft sind, durch eine entsprechende Verfilmung einer breiten Masse zugänglich zu machen. Die Vorlage dafür bietet das Buch allemal. Cline entwickelt eine Welt die der unseren gar nicht so weit entfernt scheint und thematisiert Probleme, die wir im Ansatz heute schon sehen. Von daher hätte ich mir nicht nur gewünscht dass der Film die ganzen Dungeon & Dragon Schauplätze gezeigt hätte (weiß leider auch nicht vorgekommen ist…), sondern die Chance genutzt hätte, sich sinnvoll mit dem Thema auseinander zu setzen. Demnach lege ich jedem das Buch nahe, der sich für solche Themen interessiert (und auch jedem der nicht…), aber den Kinofilm braucht man sich nicht unbedingt antun…
]]>So bin ich auch auf den Artikel: A lithium-oxygen battery based on lithium superoxide vom Januar 2016 gestoßen. Da ich kein Chemiker bin, wusste ich gar nicht, dass es Superoxide gibt und musste total begeisetert erstmal länger darüber meditieren, ob ich nicht das Falsche studiert habe… Superoxide werden im Deutschen auch Hyperoxide genannt (was mich wieder einige Meditationsrunden gekostet hat…), haben aber nicht so viel mit den Comics aus meiner Jugend oder neuen Marvelfilmen zu tun, sondern sind chemische Verbindungen, die das vom Sauerstoff abgeleitete Dioxid (-1) Anion enthalten. Da mir diese Wikipediaerklärung leider nicht weitergeholfen hat, habe ich mit mäßigem Erfolg in meiner Familie nachgefragt:
Schlauer war ich dann nicht, aber allgemein kann man sich es so vorstellen, dass das Sauerstoff in dem Lithiumsuperoxid einfach negativ geladen ist und das Molekül dadurch besondere Eigenschaften bekommt. Mehr müssen wir dafür eigentlich nicht wissen.
Die Meisten wissen wahrscheinlich das Lithium öfters in Batterien benutzt wird. Lithium als Superoxid (LiO2) ist ein Material, dass über Eigenschaften verfügt die in Batterien sehr toll sind. Z. B. eine hohe Energiedichte. Das heißt, dass viel Energie auf einem kleinen Raum gespeichert werden kann. Das Problem ist nur, dass LiO2 nicht (thermodynamisch, für die Gymnasiallehrer…) stabil ist und sofort zu Lithiumoxid Li2O2 (ohne super…) weiter reagiert. Forscher aus den USA und Südkorea haben in dem Artikel einen Weg gefunden Lithiumsuperoxid herzustellen, welches nicht zu Lithiumoxid weiterreagiert und über mehrere Be- und Entladezyklen mit niedrigen Voltzahlen (3.2 eV) stabil bleibt. Sie benutzen Iridiumnanopartikel die auf einer Graphenelektrode (auch nano) sitzen. Diese Iridiumnanopartikel wirken als Stabilisator. Sie sorgen dafür, dass das Lithiumsuperoxid keine Lust mehr hat sich zu Lithiumoxid weiterzuentwickeln. Die Forscher konnten nachweisen, dass selbst nach sieben Tagen kein Lithiumoxid nachzuweisen ist. Sieben Tage ist für Handybesitzer vielleicht nicht so viel, aber für Labormaßstab ist das schon sehr gut. Als Vergleich fällt mir noch was anderes ein, was angeblich sieben Tage lang ‘getestet‘ wurde und sogar bis heute hält…
Zu der Frage nach den Mechanismen, die das Lithiumsuperoxid stabil halten, schreiben die Autoren leider nur:
“An explanation of the formation mechanisms and stability of the LiO2 found in this study requires an understanding oft he growth mechanism and nucleation process, which is quite complex and beyond the scope of the present study.“
Was zwar sehr schade ist, aber da die Study ‘nur‘ ein Proof of Concept ist können wir uns sehr auf die zukünftigen Erklärungen und Untersuchungen freuen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit sind superspannend, da sie den Weg für Batterien die eine sehr hohe Energiedicht aufweisen öffnet und Energiespeicherung eines der großen Themen der nächsten Jahrzehnte ist. Ich glaube um den Mehrwert dieser Arbeit zu untermauern, ist es wichtig zu verstehen, dass die Autoren sehr viel Arbeit investieren mussten um zu zeigen, dass das sich Lithiumsuperoxid tatsächlich nicht zu Lithiumoxid weiterentwickelt und das Verständnis der Mechanismen tatsächlich erst der nächste Schritt ist.
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Aus großer Kraft folgt große Verantwortung. – Onkel Ben
Reversibel selbsthaftende Oberflächen sind ein superspannendes und sehr aktuelles Thema in der Nanotechnologie. Dabei versucht man physikalische Wechselwirkungen zwischen feinen Nanoteilchen und einer Oberfläche (z. B. einer Wand) auszunutzen. Im Gegensatz zu chemischen Wechselwirkung, wie beim Kleber, können diese physikalischen Kräfte reversibel benutzt werden. Man zerstört also nichts, wenn man den Halter wieder abzieht. Beim Kleber kann man sich in der Regel ja eine neue Tapete kaufen oder dem Nachbarn guten Tag sagen…
Die Inspiration für solche selbsthaftenden Oberflächen kommt aus der Natur und das bekannteste Beispiel ist der Gecko (oder Spider-Man). Der Gecko (und Spider-Man auch wie man in Spider-Man mit Toby Maguire in Minute xx sieht) hat auf seinen Pfoten Millionen feiner Nanohärchen, die diese physikalischen Kräfte ausnutzen. Dadurch kann der Gecko nahezu überall haften. Damit er aber nicht festklebt, zieht er seine Pfoten, ähnlich wie beim Klettverschluss, in einer Rollenbewegung von der Oberfläche ab (Das macht Spider-Man falsch!!!). Allerdings gibt es noch viele andere Tiere, die solche Fähigkeiten haben. Ein sehr interessantes Tier ist dabei der Tree Frog. Dieser Frosch kann nämlich auf trockenen und nassen Oberflächen haften. Er benutzt dafür ein anderes Prinzip als Spider-Man. Die Pfoten des Frosches haben zwar auch diese Nanohärchen, allerdings sondern sie ein spezielles Sekret ab, das hauptsächlich für die Adhäsion zuständig ist. Im Gegensatz zu Geckos haben die Frösche zusätzlich auch eine sehr große Oberflächenreibung, das heißt sie verrutschen auf der (nassen) Oberfläche nicht…
Für die Entwicklung von selbsthaftenden Produkten ist diese Eigenschaft extrem cool.
In der Arbeit: Nanoscale friction and adhesion of tree frog toe pads, vom letzten Jahr, untersuchen die Autoren genau diesen Effekt. Durch die Verwendung des Rasterkraftmikroskops, können sie sowohl die Adhäsion zwischen der Froschpfote und der Mikroskopnadel, als auch die Reibung messen. Dabei haben sie festgestellt, dass der Frosch im Wasser seine Klebkräfte verliert, die Nanohärchen jetzt allerdings dafür sorgen, dass die Reibung extrem hoch wird und er dadurch nicht abrutscht. Die genauen physikalischen Mechanismen dahinter sind allerdings noch nicht genau verstanden. Diese Studie ist superinteressant, da die meisten Untersuchungen zum Thema reversible Haftung ihren Fokus auf den Gecko legen und der Haftmechanismus der Frösche oft vergessen wird. Außerdem war der Einfluss der Nanohärchen hier noch völlig unbekannt und könnte zum Beispiel in der Reifenindustrie oder der Medizin eine wichtige Rolle spielen.
]]>Mithilfe einer Internetumfrage befragte er 3909 Personen über deren Ansichten zur Nanotechnologie und den Zusammenhang mit drei anderen zukunftsträchtigen Technologien (Weltraumprogramm, Kernenergie und Klonen). Die Befragten sollten bei verschiedenen Statements angeben, ob sie zustimmen oder dagegen sind. Dabei war für jede ausgewählte Technologie ein Statement jeweils pro und eins kontra:
Die Ergebnisse sind in der unteren Tabelle dargestellt:
Um den (linearen) Zusammenhang der verschiedenen Aussagen zur Nanotechnologie zu untersuchen, wurde der Korrelationskoeffizient (Correlation r) bestimmt. Dieser liegt zwischen -1 und 1 und zeigt an, ob es einen positiven (1) oder negativen (-1) Zusammenhang zwischen zwei Aussagen gibt. Ein positiver Zusammenhang heißt, dass eine Person die der einen Aussage zustimmt auch der anderen zustimmt. Ein negativer Zusammenhang heißt, dass eine Zustimmung der einen Aussage eine Ablehnung der anderen nach sich zieht. Wenn der Korrelationskoeffizient nahe bei null ist, gibt es keinen Zusammenhang und es ist egal ob eine Person bei einer vorherigen Aussage zustimmt oder ablehnt.
Die Ergebnisse zeigen, dass Nanotechnologie damals sehr positiv gesehen wurde. Menschen die die Nanotechnologie unterstützen finden in der Regel auch die anderen drei Technologien gut. Allerdings hat die Nanotechnologie, im Vergleich zu den anderen Technologien, sogar mehr Unterstützer (57.5%) und wesentlich weniger Gegner (9%). Außerdem beinhaltet die Befragung zwei pseudowissenschaftliche Aussagen, um zu testen, ob das gesellschaftliche Bild der Nanotechnologie im Bereich der Science Fiction einzuordnen ist bzw. stark davon geprägt ist. Da die Korrelationskoeffizienten der pseudowissenschaftlichen Aussagen nahe bei Null liegen, trifft dieses nicht zu. Obwohl es schon sehr spannend, dass nur ca. ein Drittel der Aussage zustimmt, Zeitmaschinen oder ähnliches seien unmöglich…
Die erhobene Befragung wurde schließlich noch hinsichtlich der vier Kategorien: Geschlecht, Bildungsstand, politische Einstellung und Alter untersucht und dabei kam etwas sehr Interessantes heraus. Die Daten zeigen überraschenderweise (jedenfalls für mich), dass die größte Fürsprache von jemanden aus dem Bereich männlich, alt, konservativ, mit einem Collegeabschluss kommt. Noch überraschender fand ich, dass in der Geschlechterfrage der Unterschied am deutlichsten ist. Während die Männer Nanotechnologie zu Zweidritteln unterstützen sind es bei den Frauen knapp weniger als die Hälfte. In den anderen Kategorien sind die wesentlich geringer. Warum das so ist, ist mir tatsächlich völlig unklar und vielleicht wird es Zeit für eine Nanogenderdebatte…Interessant wäre ob sich dieses Ergebnis in den Studienzahlen widerspiegelt.
Neben diesen zwei quantitativen Ergebnissen wurde ¼ der Teilnehmer gebeten offene Kommentare und Ideen zum Thema Nanotechnologie abzugeben. Die Idee dahinter ist, dass auf Basis dieser Kommentare und Ideen zukünftige Statements für einen umfangreichen Fragebogen entwickelt werden können. Insgesamt haben 598 Teilnehmer geantwortet. Auch wenn nicht alle Kommentare zu gebrauchen sind, gab es doch eine ganze Reihe sinnvoller Kommentare wie z.B.:
Auch wenn Nanotechnologie sehr neu und nicht umfassend erforscht ist, werden wir von ihr profitieren. Nanotechnologie könnte zu neuen Diagnose Methoden und Behandlungen führen. Sie führt zur Miniaturisierung der Elektronik und neuen Materialen. Die einzige Gefahr besteht in der militärischen Anwendung und der Einschränkung der bürgerlichen Freiheit.
Aus einem solchen Kommentar können eine Reihe von Statements wie z.B.: Nanotechnologie führt zur Entwicklung neuer Materialien. Insgesamt konnten aus den Kommentaren der Teilnehmer 108 Statements zu den Bereichen allgemeiner Fortschritt, Elektronik/Robotik, neue Materialien, usw. abgeleitet werden, was großartig für weitere soziologische Untersuchungen ist.
Auch wenn die Ergebnisse zu Beginn etwas Mau erscheinen, nur Zustimmung oder Ablehnung und einige demographische Daten, ist die Studie ein sehr wichtiger erster Schritt gewesen und hat einen wichtigen Bestandteil bei der Entwicklung neuer Technologien in die Nanotechnologie eingeführt, die Einstellung der Gesellschaft.
[1] Bainbridge, W.S. (2002), Public attitudes torwards nanotechnology, J. Nanopart. R., 4, 561-570
]]>Für die Standortwahl musste das Gastland zustimmen, dass keinem Wissenschaftler der Zugang zur Anlage verwehrt werden, nur Jordanien konnte diese Bedingung erfüllen. Der Name SESAME wurde dabei bewusst an das Märchen von Alibaba und 40 Räuber angelehnt, denn dieses Projekt soll ganz im Sinne von Sesam öffne dich als Türöffner fungieren…
Während Herwig Schopper in seinen Projekten versucht Wissenschaftler (im Geist von CERN) in sehr großen Projekten zusammen arbeiten zu lassen, arbeitet Prof. Ghaleb Natour mit einem anderen Ansatz. Der gebürtige palästinensische Araber aus Israel forscht am Forschungszentrum Jülich und ist unteranderem Gründer und Vorsitzender des Vereins: Verein zur Förderung des Friedens in Israel und Palästina e.V.. Er versucht wissenschaftliche Kooperationen in den palästinensischen Autonomiegebieten zwischen Deutschland und Palästina zu etablieren und die Forschungslandschaft direkt vor Ort zu verbessern. In diesem Zusammenhang ist auch das Projekt Palestinian-German Science Bridge mit Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung entstanden. Da viele palästinensische Forscher ins Ausland gehen müssen, möchte er helfen, den Menschen Zugang zu wissenschaftlichen Einrichtungen in Deutschland zu geben, mit dem Ziel wieder zurückzukehren und die Forschungsbedingungen in den Autonomiegebieten zu verbessern. Dabei werden auch durch Kooperationen mit israelischen Universitäten wie dem Technion in Haifa Brücken geschlagen.
Als dritter im Bunde zeigte Herr Prof. auf, dass solche Projekte sehr oft im Bereich der Ingenieur- und Naturwissenschaften zu finden sind, was daran liegen könnte, dass die Naturgesetzte überall gleich sind, wohingegen Sozialwissenschaften oft durch lokale oder kulturelle (religiöse) Ansichten geprägt sind.
Am Ende der Diskussion blieb für mich hängen, dass Wissenschaftler zwar nicht im Alleingang für Frieden sorgen können (das kann nur David Hasselhoff…), aber das Wissenschaftler Brücken schlagen, die zu gegenseitiger Akzeptanz und Anerkennung führen können. Dadurch können wichtige erste Schritte auf einem Gebiet auf dem die selbe Sprache gesprochen wird gemacht werden und deswegen bin ich sehr froh Wissenschaftler zu sein…
]]>[HIRN] Mach die doppelte Portion, dann hast was für morgen! [ICH] **frisst die doppelte Portion, hat nichts für morgen* IMMER!
Was haben Sie gelacht…
Gemäß den Vereinten Nationen leiden (stand 2012) 700 Millionen Menschen an Wasserknappheit. Bis 2025 wird erwartet, dass sich diese Zahl verdreifacht [1]!!! Es gibt verschiedenste Ideen von Forschern Wasser zu sammeln, da die Triebfeder vieler Forscher immer noch ist, die Lebensbedingungen von Menschen zu verbessern. In einem Bericht aus dem Journal ACS Nano vom Dezember 2016 berichten Forscher aus Mainz von einer Methode Wasser aus Nebel zu sammeln. Die Idee ist an den Nebeltrinker-Käfer aus Namibia angelehnt. Er sammelt Wasser auf der Oberfläche seines Rückens, das in Nebelschwaden aus dem Atlantik durch die Wüste zieht.
Die Idee ist, auf einem Kupferdraht Wasser zu sammeln und dann in einen Behälter zu transportieren. Damit sich das Wasser aus dem Nebel auf dem Draht ansammelt, sind Teile der Drahtoberfläche hydrophil. Auf hydrophilen Oberflächen sammelt sich Wasser sehr einfach an, da die Wassermoleküle sehr stark mit diesen Oberflächen Wechselwirken. Das Problem ist allerdings, dass das Wasser genau deswegen von dort schwer wieder wegwill und die Oberfläche belegt wäre um mehr Wasser zu sammeln. Deswegen sind die Forscher auf die Idee gekommen die anderen Teile der Drahtoberfläche hydrophob zu machen. Dort sammelt sich das Wasser nicht an, da die Wassermoleküle mit hydrophoben Oberflächen nur wenig interagieren und es eignet sich sehr gut um Wasser zu transportieren, da es nicht haften bleibt. Die richtige Kombination aus hydrophoben und hydrophilen Oberflächenteilen führt dazu, dass die Tropfen sich eigenständig entlang des Drahtes bewegen. Eigenschaft ob eine Oberfläche hydrophil oder hydrophob ist, lässt sich recht leicht über die Rauigkeit der Oberfläche einstellen. Deswegen besteht der Draht abwechselnd aus rauen und glatteren Bereichen. Damit der Wassertransport in die richtige Richtung und nicht willkürlich läuft, ist der Draht Spitz (korrekter wäre konisch…). Die Wassertopfen fließen somit vom dünnen zum dickeren Ende und nehmen auf dem Weg andere Wassertropfen auf. Wenn die Tropfen groß genug geworden sind fallen sie runter, oder sie werden am Rand aufgesammelt und von dort in einen Behälter geleitet wie unten dargestellt.
Es gibt bereits Ansätze Wasser aus Nebel mit Netzen einzusammeln. Allerdings schafft dieses neue Design in den Studien eine Rate von 6 l/m²h. Im Vergleich zu den Netzen mit 0.1-1.6 l/m²h ist das eine deutliche Verbesserung und ein sehr interessanter Ansatz.
[1] https://www.un.org/waterforlifedecade/scarcity.shtml (Aufgerufen am 23.11.2017)
[2] Pinschasik, B., Kappl, M. und Butt, H.-J. (2016) Small Structures, Big Droplets: The Role of Nanoscience in Fog Harvesting, ACS Nano, 10, 10627-10630
]]>Die Neuverfilmung von Stephen Kings Klassiker ES rettet dieses Jahr im Alleingang den Kinosommer, und hat auch bei uns Autoren einen bleibenden Eindruck hinterlassen. Da im Film und im Buch sehr genaue Daten zu den Morden angegeben werden, wollen wir schauen, ob sie statistischen Untersuchungen standhalten.
Durch seine akribischen Recherchen in der Stadtbibliothek findet Ben Hanscom (im Buch ist es Mike Hanlon) heraus, dass es in Derry eine ungewöhnlich hohe Mordrate mit 40-60 Morden pro Jahr gibt. Besonders heraus stechen allerdings bestimmte Mordraten, die sich in einem etwa 27-jährigen Zyklus wiederholen zu scheinen. Dabei ermittelt Ben die folgenden Daten:
Später erzählen die Kinder sich gegenseitig von den seltsamen Begegnungen, bei denen ihnen ein Grauen, oft in der Form eines Clowns, begegnet ist und sie angegriffen hat. Die Kinder vermuten daraufhin, dass es einen Zusammenhang zwischen den Morden und diesem Clown gibt. Da Ben die Mordraten von 1900 bis 1984 gesammelt hat, (der Bericht über die Mordraten aus Derry wurde im Buch 1985 tatsächlich verfasst und wird auch im neuen Film erwähnt) kann er die folgende Grafik erstellen:
Auf den ersten Blick sieht es sehr eindeutig aus, dass die drei Jahre 1906, 1930 und 1958 wirklich besonders sind und im Zusammenhang mit dem seltsamen Clown stehen könnten. Aber wie können die Kinder sich wirklich sicher sein??? Das Argument “Das sieht man doch” ist ungefähr so überzeugend wie: “Vegetarier sind doof. Die essen meinem Essen das Essen weg”. Die Anzahl der Morde schwankt ja in jedem Jahr und es könnte durchaus sein, dass die Zahlen in den entsprechenden Jahren zur normalen Fluktuation gehören und man gar keinen Clown braucht um das zu erklären (das würde Buch und Film allerdings etwas Spannung nehmen).
Glücklicherweise bietet die Statistik Abhilfe. Man kann nämlich testen ob die Werte, die Ben gefunden hat, eine bestimmte Bedeutung haben oder einfach Teil der normalen jährlichen Mordrate sind. Bei einem Hypothesentest stellt man eine Hypothese auf (z.B.: ein Clown tötet etwa alle 27 Jahre Kinder) und überprüft dann ob diese wahr oder falsch ist. Es gibt zwar eine ganze Reihe verschiedener Hypothesentest, aber alle folgen einem recht einfachen Schema: Man berechnet aus den gesammelten Daten eine einzige Zahl, die sogenannte Teststatistik (rechnen wir unten vor). überschreitet die Teststatistik eine kritische Grenze, fällt der Test zu Gunsten der Hypothese aus. Doch wie legt man diese kritische Grenze fest? Statistische Tests sind nie zu 100 Prozent sicher, es kann also immer passieren, dass der Test zu einem falschen Ergebnis führt und man eine Hypothese annimmt, die eigentlich falsch ist. Das wäre im Fall eines mordenden Clowns, der die Kinder jagt, allerdings nicht sehr vorteilhaft… Diese Unsicherheit wird auch α-Fehler genannt. Oft nimmt man für einen solchen Fehler 5% oder sogar noch kleinere Werte an. Das heißt, dass der Test in 5 von 100 Fällen ein falsches Ergebnis liefert. Warum man sich auf 5% geeinigt hat, ist etwas komplizierter zu erklären, aber mit der Zahl kann man auch glücklich werden, wenn man nur weiß, dass es diesen Fehler gibt.
Die Suche nach einem geeigneten Test ist schon eine Herausforderung für sich. Man muss aufpassen, dass man genau weiß, was man eigentlich testen möchte. In diesem Fall wollen wir wissen, ob es einen mordenden Clown gibt, der alle 27 Jahre Kinder tötet. Dafür müssen die drei Jahre 1906, 1930 und 1958 aus der normalen Mordrate hervorstechen, dass es sich also um Ausreißer handelt. Wir brauchen einen speziellen Ausreißertest, der genau das untersucht, aber die meisten davon sind nur zur Identifizierung eines einzelnen Ausreißers konzipiert worden. Ein Test, der auch mehrere Ausreißer auf einmal erkennen kann, wurde von Bernard Rosner entwickelt (Rosner 1975, 1983). Hier führt man sukzessive so viele Tests durch, wie man Ausreißer im Datensatz vermutet, in unserem Fall also drei. Man startet mit dem schwächsten dieser potentiellen Ausreißer (88 gestorbene Kinder in 1958). Als Teststatistik berechnet man die Differenz zwischen diesem Ausreißer (88) und dem Mittelwert aller Daten ohne die zwei größeren Ausreißer (50,6), also:
88 – 50,6 = 37,4
Diese Differenz ist schon ein gutes Maß für die Abweichung der Ausreißer von den restlichen Daten. Allerdings ist es nur eine Zahl mit der man noch nicht so viel anfangen kann. Man muss noch berücksichtigen, dass die Mordrate schwankt, bzw. wie stark sie schwankt. Um dies zu berücksichtigen, wird die Teststatistik (37,4) noch standardisiert, d.h. man teilt sie durch einen Wert, der angibt, wie stark die Daten um den Mittelwert schwanken. Genau das macht die Standardabweichung der gesammelten Daten (wobei auch hier wieder ohne die beiden größten möglichen Ausreißer gerechnet werden muss). In unserem Fall ist die Standardabweichung 5,7. Man erhält insgesamt als Teststatistik also den Wert:
Die kritische Grenze für diese Teststatistik bei einem α-Fehler von 5% kann man nun in einer Tabelle nachschauen. Sie beträgt 3,2. Da 6,6 > 3,2 ist, bestätigt der Test schon für den kleinsten Ausreißer unsere Hypothese. Daher wissen wir, dass es sich um drei Ausreißer handelt.
Ben Hanscom hat also recht und irgendetwas stimmt nicht. Durch ihre Erlebnisse mit dem Clown ist die Schlussfolgerung die sie ziehen durchaus gerechtfertigt. Wäre das Testergebnis hier kleiner als 3,2 gewesen, hätte man als nächstes den Test nur für die zwei stärksten Ausreißer wiederholt und letztendlich nur für den Stärksten. Wäre keiner der drei errechneten Werte der Teststatistik größer als 3,2, würde die hohen Mordraten in diesen Jahren zur normalen Fluktuation gehören und der Clown als Ursache wird überflüssig.
“Es war der 25. Juli 1958, an dem der Klub der Verlierer Es schließlich zu einem Nahkampf herausforderte, an dem Es sich aus Bens Eingeweiden fast Sockenhalter hätte machen können. Es war ein heißer, brütend schwüler Tag. Ben erinnerte sich noch genau an das Wetter, weil es der letzte Tag der Hitzewelle gewesen war. Danach war es lange regnerisch und kühl.”
Text von Samir und Dirk
Quellen:
[1] Stephen King »es« ,Heyne Bücher 1990, 2. Auflage
[2] Rosner, B. (1975). On the Detection of Many Outliers. Technometrics 17(2): 221-227.
[3] Rosner, B. (1983). Percentage Points for a Generalized ESD Many-Outlier Procedure. Technometrics 25(2): 165-172.
]]>Der erste Artikel kommt aus dem August diesen Jahres und erschien in dem Journal NanoLetters.
Italienische und israelische Wissenschaftler haben eine Archimedische Schraube in der Größe weniger Nanometer hergestellt. Das Prinzip der Archimedischen Schraube funktioniert so, dass eine Schnecke sich in einem eng angepassten Rohr um ihre Mittelachse dreht. In den dadurch entstehenden Kammern kann Wasser, oder andere Sachen, (meist von unten nach oben) befördert werden.
Die Fähigkeit eine solche Schraube in der Größe weniger Nanometer herzustellen ist im Zuge der Miniaturisierung natürlich sehr reizvoll. Um ihr Ziel zu erreichen, untersuchten die Forscher das Verhalten von zweiwändigen Boronnitrid Nanotubes unter Stress. Da diese Aussage wahrscheinlich mehr Fragen als Antworten aufwirft, schauen wir einmal was das bedeutet:
Nanotubes sind Strukturen die wie kleine Röhren (tubes) aussehen. Im Idealfall ist die Röhrenwand nur eine Atomschicht (!) dick, die Breite der Nanotubes selbst kann dabei zwischen einem und mehreren hundert Nanometern variieren. Im Vergleich zu ihrer Breite sind Nanotubes extrem lang. Ihre Länge kann sogar in den Bereich von Mikrometern gehen. Durch diese Geometrie haben die Nanotubes einige besonders positive Eigenschaften. Sie sind sehr leicht, extrem stabil und können elektrisch Leitfähig sein. Die bekanntesten Vertreter sind die Kohlenstoffnanoröhrchen. Wichtig ist, dass in den Nanotubes die Atome in bestimmten, festen Position sitzen. Diese Positionen können selbst bei dem gleichen Material unterschiedlich sein, je nachdem wie die Nanotubes hergestellt wurden. Unten sieht man z.B. die Armchair (ja heißt wirklich so…) oder Zig-zag Muster in Nanotubes:
Allerdings gibt es noch zwei wichtige Zusatzinformationen:
Um diese Facettenbildung näher zu untersuchen haben die Forscher Nanotubes aus zwei Wänden (doublewall Nanotubes) im Computer zusammengebaut. Dabei bildeten sich Nanotubes mit verschiedenen Facetten aus. Im Bild unten sieht man ein Beispiel:
Das Spannende war jedoch, als man im Computer angefangen hat die Nanotubes zu drehen, also Stress auszuüben. Den die beiden Wände, die im Kontakt zueinander sind, bewegen sich nicht gleich. Es gibt zwar starke Wechselwirkungen zwischen beiden Wänden die sie zusammenhalten, aber sie bewegen sich trotzdem relativ zueinander, wenn die Nanotubes gedreht werden. Dadurch formten sich während der Drehung neue Facetten, oder besser gesagt die Facetten sind schneller gewandert als sich die Nanotubes selbst gedreht haben. Wenn man die Nanotube um 2° dreht, sind die Facetten bis zu 45° gewandert (!!!). Den Unterschied sieht man auf dem folgenden Bild:
Man könnten jetzt natürlich sagen, tolle Sache aber wen interessiert das? Aber in der Nanotechnologie ist die gezielte Manipulation auf dieser Größenebene genau das was wir machen und verstehen wollen, denn wenn wir auf dieser Größe gezielt manipulieren können, können wir das für uns ausnutzen. Da kommt auch die archimedische Schraube ins Spiel.
Die Autoren haben gezeigt, dass für eine bestimmte Boronnitrid Nanotube, die Facetten sehr gleichmäßig wandern, wie bei einer archimedischen Schraube (ganz oben im Bild). Die Anwendungen die sich dadurch ergeben sind natürlich ziemlich cool. Die Archimedische Schraube kann, wie das große Vorbild für Transportprozesse genutzt werden. Die Autoren schrieben dazu:
The resulting screw-like motion of the faceted helical pattern establishes the smallest realization of an Archimedian screw with the potential to achieve directional transport of weakly adsorbed molecules along the Surface of the tube
Statt Wasser bewegt man also einzelne Moleküle. Dadurch kann unglaubliche Präzision erreicht werden. Weiterhin ist eines der großen Medienthemen, im Bezug auf Nanotechnologie, die Erschaffung von Minirobotern. Dafür könnten diese Nanotubes als Gewinde eingesetzt werden. Überhaupt überall wo es um Miniaturisierung geht, könnten dieses Verhalten der Nanotubes interessant sein.
Die Ergebnisse dieser Arbeit sind also nicht nur für das reine Verständnis wichtig, sondern liefern auch sehr interessante Ideen für zukünftige Anwendungen.
Quelle: Guerra, R. et al. (2017) Smallest Archimedean Screw: Facet Dynamics and Friction in Multiwalled Nanotubes, Nano Letters
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Die Grundthese dabei ist, dass es, durch den Einschlag eines 10 km großen Asteroiden, zu massiven Waldbränden kam. Aufgrund dieser Brände entstanden Rußpartikel, welche in die Atmosphäre gelangten und dort durch das Sonnenlicht weiter erhitzt wurden, so dass sie bis auf eine Höhe von 90 km steigen konnten und von dort die Bedingungen auf der Erde extrem beeinflussten.
Nach einigen Jahren regneten diese Nanopartikel wieder herab und bildeten eine Schicht auf der Oberfläche, die bei heutigen Untersuchungen im Gestein nachgewiesen werden kann (die sog. Cretaceous-Paleogene boundary). Das nach dem Einschlag eines Asteroiden Nanopartikel in die Atmosphäre gelange ist nicht neu und wird allgemein akzeptiert, die genaue Menge dieser steht allerdings noch zur Debatte. Untersuchungen von Gesteinsschichten aus dieser Zeit legten allerdings Nahe, dass die Menge der Rußpartikel wesentlich höher als bisher angenommen war. Die Daten deuten auf Mengen von 15.000 Tg bis 35.000 Tg von Rußpartikeln hin. Ein Tg (Teragram) entspricht dabei 1.000.000.000 kg… Zum Vergleich: Rainer Calmund wiegt ca. 145 kg. Die Menge von 15.000 Tg Nanopartikeln entspricht dann 103.448.275.862 Callies. Damit eine solche Menge an Nanopartikeln entstehen kann, muss mehr oder weniger die gesamte Biomasse an der Oberfläche verbrannt worden sein, was zwar eine sehr gewagte These ist, jedoch durch die Funde in der Gesteinsschicht gestützt wird.
Daher untersuchten die Autoren den Einfluss verschiedener Mengen von Rußnanopartikeln auf die Wetterbedingungen auf der Erde und verglichen die Ergebnisse mit einer Kontrollstudie, die die Wetterentwicklung nach dem Asteroideneinschlag, ohne Nanopartikel in der Atmosphäre, simulierte.
Das durch die Brände und den Asteroideneinschlag entstehende Ruß gelangte in die Atmosphäre und blieb dort für ca. 5 Jahre. Wobei 90% bereits im ersten Jahr wieder herunterkamen. Das Ruß, selbst die übrigen 10%, sorgten dafür, dass es auf der Erde dunkel, sehr dunkel wurde. Simulation von 15.000 Tg, zeigen dass nach einem Jahr ist nur 4%!!! Des Sonnenlichtes im Vergleich zur Kontrollstudie auf der Erdoberfläche ankommen.
Durch diese massive Abdunkelung wurde Photosynthese quasi unmöglich. Innerhalb weniger Tage kollabierte 90% der Biomasse in den Ozeanen, was zu einem Massensterben der restlichen Nahrungskette führte. An Land hängt das kurzfristige Überleben zwar nicht derart stark von Photosynthese treibender Biomasse ab, allerdings sind die meisten Pflanzen ja verbrannt und es ist auch ziemlich dunkel was die Nahrungssuche nicht erleichtert…
Die Verdunkelung ist aber leider nicht das einzige Problem, denn auch auf die Temperatur wird beeinflusst. Unabhängig von der untersuchten Menge an Rußpartikeln, sinkt die Durchschnittstemperatur in den ersten drei Jahren um 16°C (an Land sogar um 28°C) und braucht bis zu 15 Jahre um wieder bei der Ausgangstemperatur anzukommen.
Ganz nebenbei wird auch der Niederschlag massiv beeinträchtigt. Er sinkt um bis 80% im globalen Durchschnitt und erholt sich erst nach sieben Jahren wieder. Dadurch entstehen in den meisten Landgebieten wüstenähnliche Zustände, was das Überleben von Pflanzen und Tieren an Land nicht fördert.
Im Gegensatz zu den geringen Temperaturen auf der Oberfläche, heizen sich die oberen Schichten, in denen die Rußpartikel das Sonnenlicht absorbieren, massiv auf. Ab 15 km über dem Erdboden liegt die Temperatur zwischen 50 und 100°C und zwischen 45 und 60 km steigt die Temperatur sogar über 200°C.
Dies sind alles sicherlich keine guten Nachrichten für die in der Zeit lebenden Pflanzen und Tiere. Mit dieser Arbeit wird ein sehr interessanter Beitrag zur Diskussion, wie die Dinosaurier ausgestorben sind, geleistet und stimmt weiterhin vielleicht auch etwas nachdenklich, ob es gut ist immer weiter Kram in unsere Atmosphäre zu pusten…
[1] C. G. Bardeen, On transient climate change at the Cretaceous-Paleogene boundary due to atmospheric soot injections, PNAS, 2017
[2] K. Kaiho et al., Global climate change driven by soot at the K-Pg boundary as the cause of mass extinction, Sci. Rep.,2016
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Da die Vereinigten Staat ziemlich groß sind, und auch sehr viele gute Unis haben, bin ich anstatt ein oder zwei, gleich fünf Wochen dort geblieben. Die erste Woche ging es nach LA. Danach kurz nach Phoenix und schließlich ab nach Berkeley. Die erste Nacht habe ich in einem Hostel direkt am Hollywood Boulevard verbracht. Ich war jetzt aber nicht besonders begeistert, weil die Straße nicht soo schön war und Sterne interessieren mich bei Mario mehr, als auf irgendeinem Gehweg. Was in LA aber unglaublich schön ist, sind die Strände. Die restliche Woche konnte ich glücklicherweise bei einer Freundin unterkommen, die mir den Redondo Beach gezeigt hat. Im Gegensatz zu den Stränden wie in Venice, hat man den Strand mehr oder weniger für sich allein und kann komplett abschalten.
Leider ist aus meinem geplanten Besuch an der UCLA nichts geworden, obwohl ich vielversprechende Kontakte hatte. Aber meine Gastgeberin hat mich freundlicherweise bei ihrem Arbeitgeber SpaceX rumgeführt. Das war mehr als genug Entschädigung und hat mich echt beeindruckt. Das Mission Control und die Fertigung der Raketen zu sehen und sich klar zu machen, was SpaceX geleistet hat war schon sehr cool und lies mich dann auch irgendwann meinen Jetlag (siehe Foto) vergessen.
Mein nächster Uni Besuch stand in Berkeley an. Dort habe ich das Lawrence Berkeley National Laboratory besucht. LA ist, wie gesagt, ziemlich cool für Strandurlaub, Sport oder Bars/Restaurants, aber Berkeley hat mir mit den ganzen kleinen Buchläden und dem überall grünen Kleinstadtfeeling irgendwie besser gefallen. Und inmitten dieser ‘Kleinstadt‘ ist eine der besten Universitäten der Welt. Nun kann man sich vorstellen, dass eine Stadt wie Berkeley nicht gerade vor Parkplätzen strotz. Besonders am Campus ist das ein Problem und die Amerikaner haben ja auch eine gewisse Zuneigung dazu, sich im Auto fortzubewegen, was in LA auch nervig war. Ohne Auto geht da gar nichts… Die Uni in Berkeley begegnet diesem Problem auf eine sehr kreative Art und Weise. Wer einen Nobelpreis gewinnt, bekommt einen Privatparkplatz direkt auf dem Campus umsonst. Es ist zwar fraglich, ob die Hauptmotivation der Nobelpreisträger ihr Parkplatzproblem war, aber derzeit gibt es fünf solcher Parkplätze in Berkeley..
Ein Konzept, dass man sich Deutschland auch mal überlegen sollte. Ich denke es würde dem Zulauf an wissenschaftsinteressierten Studenten nicht schaden und ich würde überlegen mir ein Auto anzuschaffen.
An dem Lawrence Berkeley National Laboratory habe ich meinen alten Nachbarn aus meiner Kindheit besucht, während es mich zum Forschen nach Holland verschlagen hat, entschied er sich für die USA, aber Weihnachten werden wir uns wieder, wie jedes Jahr, in einem kleinen Dorf bei Hameln treffen… Das Labor blickt auf eine unglaublich erfolgreiche Geschichte zurück. Dort wurden z.B. zahlreiche Elemente, wie Plutonium, Berkelium, Californium (entweder sind die Wissenschaftler bei der Namensgebung sehr witzig, oder sehr betrunken) oder Einsteinium entdeckt.
Wer sich dafür interessiert, dem kann ich das Buch: Treffen sich zwei Elemente, nur ans Herz legen. Dort wird der Konkurrenzkampf zwischen den Amerikaner und Russen bei der Entdeckung neuer Elemente und der Rolle des National Labs sehr witzig in einem Kapitel abgehandelt.
Als ich den Teilchenbeschleuniger besichtigt habe, durfte ich sehen, wie er unteranderem als Mikroskopiertechnik dafür benutzt wird, Nanomaterialien zu untersuchen, um sie und ihre chemische Zusammensetzung darzustellen. Instrumente die beides zu gleich können, erreichen normal nicht sehr hohe Auflösungen. Am Teilchenbeschleuniger kann man durch Prozesse, die ich nicht verstehe, eine bisher einzigartige Auflösung erreichen. Vielleicht sollte ich Andre mal bitten ein Artikel über dieses Mikroskop zu schreiben. Wichtig ist aber, dass man sehr viel über diese Materialien lernen. Ein Beispiel ist LiFePO4. Ein Material, das für Batterien sehr spannend ist, da die Batterie bei Beschädigung nicht so leicht explodiert im Vergleich zu anderen Materialien. In den Batterien werden nanogroße LiFePO4-Teilchen benutzt um die gewünschten Effizienzen zu erreichen. Mithilfe von Messungen in Berkeley konnte man besser verstehen, wie sich das Lithium von LiFePO4 löst und wie sich das Material dabei verändert. Solche Einblicke sind tatsächlich Gold wert, da wir diese Vorgänge, aufgrund ungenauer Kenntnisse, oft als Black Boxes behandeln.
Schließlich hat Berkeley neben dem Teilchenbeschleuniger noch ein anderes Highlight. Die Eichhörnchen sind ungwohnt zahm und echt neugierig. Ich hab mich auf immer sehr gefreut wenn ich irgendwo auf dem Campus war und von ihnen Besuch bekommen habe…Nachdem die Woche in Berkeley vorbei war, ging es weiter nach Chicago und Boston…
]]>Die Idee der Meme‘s wurde in den Siebzigern von Richard Dawking entwickelt. Er beschrieb, dass Gedanken, Ideen oder Verhaltensmuster auf ähnliche Weise vererbbar sind, wie Gene auf biologischem Wege. Ganz in diesem Sinne werden Ideen oder Statements, die sich im Internet in Form von Bildern, Videos oder Audiodateien rasant verbreiten, verstanden. Die meisten Meme’s dienen zwar nur zur Unterhaltung, allerdings werden sie auch oft benutzt um politische Statements zu machen.
Auch wenn die Kommunikation in wissenschaftlichen Zeitschriften eher konservativ ist, konnte sie sich dieser Entwicklung nicht enthalten. In einer wissenschaftlichen Publikation aus dem Bereich Nanotechnologie ist vor kurzem das erste Meme aufgetaucht. In den meisten Journals muss man ein graphical abstract einreichen. Ein kleines Bild, das die Hauptaussage der Veröffentlichung trägt und möglichst prägnant darstellt. Eine Gruppe aus Delft ist auf die Idee gekommen dies in Form eines Meme zu machen.
In der Arbeit wurde untersucht wie kleine (sehr sehr kleine) Platinstrukturen wachsen. In vielen Prozessen wie der Katalyse (VW ist hier Experte), Energeispeicherung oder auch in der Elektronik versucht man seit Jahrzehnten Strukturen herzustellen, die eine extrem große Oberfläche besitzen. Die ablaufenden Prozesse hängen dort sehr stark von der Oberfläche der Strukturen ab. Nimmt man das Beispiel eines Autokatalysators, ist es recht simpel. Im Autokatalysator werden giftige Stoffe, die bei der Verbrennung im Motor entstehen, in ungiftige umgewandelt. Die Geschwindigkeit dieser Umwandlung hängt sehr stark von der zur Verfügung stehenden Oberfläche ab, an der diese Umwandlung stattfindet. Ganz nach dem Motto, je mehr offene Kassen in einem Supermarkt, umso mehr Möglichkeiten für die Kunden sich anzustellen. Man kann also allgemeiner sagen: je mehr Oberfläche zur Verfügung steht, umso schneller kann die Reaktion ablaufen, umso effizienter ist sie, umso kleiner kann gebaut werden, umso mehr Material wird gespart, umso mehr Geld wird gespart und umso reicher wird der Erfinder…Oberflächlichkeit kann also durchaus seine Vorteile haben.
Eine Herstellungsmethode, die in diesem Zusammenhang sehr interessant ist, ist die sogenannte Atomic Layer Deposition. Mit dieser Methode können sehr kleine Nanostrukturen hergestellt werden. Dabei wird eine chemische Substanz selbstlimitierend reagiert. Selbstlimitierend heißt, dass es nur eine feste Anzahl an Reaktionspartnern gibt. Wenn die alle besetzt sind, kann die Reaktion nicht mehr ablaufen. Damit es weitergehen kann, müssen die Reaktionspartner wieder neu aktiviert werden. Durch diese abwechselnden Prozesse (Reaktion und Aktivierung) entsteht nach und nach eine Nanostruktur. Wie groß diese wird, wurde bisher immer nur davon abhängig gemacht, wie oft die Reaktions- und Aktivierungszyklen wiederholt wurden. Je öfter, umso größer die Struktur.
Die Gruppe aus Delft hat jetzt allerdings gezeigt, dass die Platinstrukturen dort, wo sie wachsen nicht fest sitzen, sondern sich bewegen können (Oberflächendiffusion). Wenn sie dabei mit anderen Platinteilchen zusammenstoßen, verschmelzen beide zu einer größeren Struktur (Koagulation). Dies hat einen riesigen Einfluss auf das Verständnis und die Auslegung dieser Wachstumsprozesse. Es zeigt, dass die Wachstumsprozesse bisher zu stark vereinfacht wurden. Um dieses unerwartete Ergebnis im graphical abstract zu beschreiben, wurde folgendes Bild, in Anlehnung an eines der berühmtesten Meme‘s, erstellt:
]]>Da das schlechte Wetter der ersten Tage unsere Dieselvorräte so gut wie erschöpft hatte, mussten wir auftanken und sind deshalb von Gotland nach Bornholm , in den nächstgelegenen Hafen, gefahren. Bis Bornholm konnten wir jetzt aufgrund des guten Windes einfach durchsegeln und das war definitiv eine Entschädigung für die ersten Tage. Wir konnten den Alltag an Bord einfach nur genießen und außerdem konnten wir Wissenschaftler die Zeit gut nutzen, uns weiter gegenseitig auszutauschen.
In Bornholm hatten wir einen Tag Zeit uns die Insel anzuschauen und die Crew hatte mal einen Abend frei (den sie sich definitiv auch sehr verdient haben…), allerdings mussten sie vorher noch eine Wette einlösen…
Von Bornholm nach Rostock war es dann nur noch ein Katzensprung und da wir am 10. August in Rostock ankamen liefen wir mitten in der Hanse Sail in den Hafen ein, was ein sehr schöner Abschluss und noch einmal ein Highlight der Reise war. Dort konnten wir unter anderem die Mir, das Segelschulschiff der russischen Marine, begutachten.
Alles in allem war das Projekt Science Sets Sail sehr gelungen, da wir uns einerseits über unsere Fächergrenzen austauschen konnten und so fachlich wirklich viel gelernt haben. Andererseits ist es aber auch eine komplett neue Erfahrung dieses auf einem Segelschiff zu machen. Dadurch hat es ein sowohl menschlich, als auch als Wissenschaftler weitergebracht. Ich bin den Organisatoren sehr dankbar für die Chance teilzunehmen und es ist zu hoffen, dass weitere Universitäten in den nächsten Jahren ähnliche Projekte starten um für sich und die Wissenschaft zu werben, aber auch Wissenschaftler die Möglichkeiten zu geben außerhalb der Labore oder Konferenzen miteinander zu arbeiten. Ich bin fest davon überzeugt, dass solche Projekte sehr lohnenswert sind.
]]>Dazu sollte man sich erstmal mit dem Herstellungsprozess von Whisky auseinanderzusetzen, der sehr für das Grundverständnis wichtig ist. Vereinfacht kann er in drei Prozesse aufgeteilt werden kann.
Etwas genauer wird der Prozess in folgendem Video sehr gut erklärt:
Interessant ist, dass aufgrund des hohen Alkoholgehaltes der Whisky beim Abfüllen fast immer mit Wasser verdünnt wird. D.h. die Diskussion der Whiskyfans dreht sich eigentlich darum, ob man das fertige (heilige) Produkt verändern darf oder nicht… Wie die Verdünnung von Wasser allerdings den Geschmack verändern könnte, ist noch vollkommen unklar.
Um sich mit diesem Problem systematisch auseinanderzusetzen haben die schwedischen Wissenschaftler angenommen, dass Whisky aus nur drei Zutaten besteht: Wasser, Alkohol und einem bestimmten Geschmacksstoff. Diese Vereinfachen, ist besonders bei Computersimulationen sehr wichtig, um sie überhaupt durchführen zu können. Das richtige Vereinfachen von komplexen Systemen ist in der Wissenschaft fast schon eine Königsdisziplin und geht auch oft in die Hose. In der vorliegenden Arbeit ist es den Autoren aber gelungen, den komplexen Whisky sehr sinnvoll zu vereinfachen. Wasser und Alkohol wird einfach aus Wasser- und Ethanolmolekülen zusammengebaut. Als Geschmacksstoff haben die Autoren Guajacol ausgewählt. Dieses Molekül entsteht, wenn die gemälzte Gerste vor der Fermentation über Torffeuer getrocknet wird. Guajacol ist für den rauchigen Geschmack zuständig und kommt daher besonders häufig in schottischen Whisky’s vor.
Molecular Dynamic Simulation (MD) sind Computersimulation um die physikalische Bewegung von Atomen und Molekülen zu simulieren. Den Atomen wird im Computer für eine festgelegte Zeit ( in der vorliegenden Studie: 50 nanosekunden…) erlaubt miteinander zu interagieren um zu sehen, wie sich das System entwickelt. Die Interaktion der Moleküle korrekt zu beschreiben hört sich zwar trivial an, ist aber hochkomplex. Wichtig dabei ist, dass jedes Atom oder Molekül als eigenständige Einheit betrachtet wird. Dies limitiert die MD Simulation gleichzeitig, denn je mehr Molekül man simulieren möchte, umso mehr Rechenpower braucht. Ich erinnre mich, dass während meiner Doktorarbeit, riesige Computercluster tagelang rechneten, um unsere Simulationen zu erstellen.
Zuerst haben die Wissenschaftler das Verhalten verschiedener Mengen von Wasser und Ethanol simuliert und dann die Simulationen mit einem Guajacolmolekül wiederholt. Dabei haben sie erstaunliches herausgefunden. Ethanol mischt sich nicht ideal in Wasser sondern bildet Cluster (kleine Klümpchen). Bei geringen Alkoholgehalten (27 vol%) wandern diese Cluster nach außen. D.h. obwohl in dem Ethanol-Wasser-Gemisch mehr Wasser ist, ist der meiste Ethanol an den Außenstellen des Systems und das Wasser konzentriert sich in der Mitte. Bei höheren Alkoholgehalten ändert sich dieses Verhalten. Die Simulationen haben auch gezeigt, dass das Guajacolmolekül sich lieber mit Ethanol als mit Wasser umgibt. Wenn bei hohen Alkoholgehalten genug Ethanol vorhanden ist, wird das Guajacolmolekül sogar regelrecht umzingelt (sog. solvation shell). Genau deswegen wandert das Guajacolmolekül bei geringen Alkoholkonzentration mit dem Ethanol nach außen. Bei höheren Konzentration (über ca. 45 vol%) befindet es sich in die Mitte.
Was ist die Außenseite und die Mitte??? Man kann sich das simulierte System wie einen sehr kleinen Whiskytropfen vorstellen. Wenn das Guajacolmolekül sich an der Außenseite des Tropfen (liquid-air-interface) befindet wird es sich schneller von dem Tropfen lösen und geschmeckt oder gerochen werden. Je mehr Guajacolmoleküle sich also an der Außenseite eines Tropfen befinden umso intensiver ist der damit verbundene Geschmack oder Geruch.
Muss Whisky jetzt verdünnt werden? Diese Studie deutet darauf hin, dass man den Whisky verdünnen sollte um den Geschmack zu intensivieren. Allerdings ist es eine sehr theoretische Arbeit. Es ist fraglich ob wir diesen Unterschied überhaupt schmecken können. Ich werde es auf jeden Fall mal austesten und wenn ihr das auch möchtet, lasst mich bitte wissen bei welchen Whisky ihr einen Unterschied geschmeckt oder nicht geschmeckt habt.
Quelle: Karlsson, B. and Friedmann, R. (2017): Dilution of Whisky – the molecular perspective, Scientific Reports, 7
]]>Außerdem konnten wir endlich mal ins Wasser springen. Am nächsten Morgen ging es direkt um sieben Uhr morgens mit run and dip los. Dazu sind wir nach Gotland übergesetzt laufen gegangen und dann zur Abkühlung ins Wasser.
Nach diesem Morgenprogramm konnte der restliche Tag nur gut werden. Da unser Open Ship Day in Danzig leider ausgefallen ist, haben wir diesen freien Tag kurzfrisitg dazu genutzt unseren eigenen internen Open Ship Day abzuhalten. Das heißt wir 30 Wissenschaftler hatten aktiv Zeit uns auszutauschen und viele hatten dafür sehr schöne Sachen vorbereitet. Es gab Vorträge, Poster und Experimente. Ich konnte sehr viel über das Immunsystem, Gerüche, Batterien (bzw. das Herstellen von Strom, wenn das Schiff untergehen sollte und ich auf einer einsamen Insel mit einer Packung Tic Tac’s strande), wasserabweisenden Sand und vieles mehr lernen und außerdem konnte ich meinen Science Slam zum ersten Mal auf Englisch loswerden.
Dieser Tag war für uns besonders wertvoll, da man sehr viel aus anderen Fachgebieten gelernt hat. Im Alltag besteht oft das Problem, dass man thematisch einen sehr fokussierten Blick hat (a.k.a. Fachidiot). Durch eine solche Veranstaltung kann man diesem Problem sehr gut entgegentreten. Beendet wurde dieser gelungen Tag mit einem abendlichen Lagerfeuer und Grillen auf Gotland. Alleine in der Bucht mit dem Lagerfeuer und der Thor im Hintergrund hatte dann schon fast was Märchenhaftes.
Am nächsten Morgen ging es dann sehr zeitig weiter Richtung Dänemark und Deutschland…
]]>Aber von vorn: Zuerst wurden wir im Hafen von Tallinn von der Crew bei gemeinsamen Kaffee in drei Gruppen (sog. Watches) eingeteilt. Da das Schiff mehrere Tage am Stück fahren sollte, musste zu jeder Zeit ein Watch das Schiff fahren. Dafür wurden wir in abwechselnde vier Stunden Schichten eingeteilt. Ich durfte jeweils von 04:00 bis 08:00 ran, was heisst, dass ich früh aufstehen musste, aber immer in den Sonnenaufgang fahren durfte :). An den Rhythmus der Schichten gewöhnt man sich, wenn man aus seiner natürlichen Umgebung herauskommt, überraschend schnell… und ich war sehr dankbar, jeden Morgen den Sonnenaufgang sehen zu dürfen! In den ersten Tagen wurden wir von der Crew dann in den Grundzüge des Segeln eingewiesen und an dieser Stelle möchte ich auch eine Lanze für die Crew der Thor Heyerdahl brechen, die das extrem gut gemacht haben. Die Crew war immer mit guter Laune, sehr viel Hingabe und viel Geduld dabei (Knoten sind echt nicht meine Sache…) und hat auf jeden Fall dazu beigetragen, dass wir alle sehr viel Spaß hatten und das Projekt so erfolgreich verlaufen ist, wie es ist. Daher kann ich jedem nur raten auch einmal Segelurlaub auf der Thor Heyerdahl zu machen (Bitte hier buchen: https://www.thor-heyerdahl.de/).
Wie gesagt in den ersten Tagen wurden wir unterwiesen wie man Segel hisst, welche Segel und Masten es gibt und was sonst noch alles erledigt werden muss um ein Segelschiff zu bewegen. Außerdem konnten wir Wissenschaftler uns gegenseitig kennenlernen und austauschen. Auf der Thor wird traditionell gesegelt, das heisst, dass versucht wird auf technische Hilfsmittel weitgehend zu verzichten. Auch wenn das nicht komplett geht, ist es eine sehr schöne Art sich fortzubewegen und ich hab jede Menge über Segelschiffe gelernt.
Das Sozialleben funktioniert irgendwie anders, da man gewissermaßen in einem Boot sitzt und sich damit arrangieren muss, dass in alle Richtungen viel Wasser ist. Deswegen ist der Umgang miteinander wesentlich familiärer. Das man Wasser sparen muss, der Strom nicht den ganzen Tag vorhanden ist und gemeinsam geschruppt wird, schweißt unglaublich zusammen. Ich wurde auch, wenn man mal von den Tic Tac’s absieht, noch nie so nett geweckt… Dieser familiärer Umgang ermöglichte uns Wissenschaftlern uns kennenzulernen und auszutauschen, wie es auf einer Konferenz gar nicht möglich ist. Dazu kommt, dass wir jeweils zehn Wissenschaftler aus drei verschiedenen Forschungsgebieten (Materialwissenschaft, Medizin und physikalische Chemie) waren. Das allein war für mich (und ich glaube die Anderen auch) die Reise schon wert.
Da das Wetter in den ersten Tagen leider nicht sehr gut war, bzw. immer schlechter wurde (Gegenwind, Windstärke 7-8 und Regen), kamen wir mit unserem Dieselmotor nur sehr langsam voran. Ans Segeln war zu dieser Zeit leider nicht wirklich zu denken. Außerdem wurden einige von der Seekrankheit erfasst, was die Arbeit der anderen nicht leichter machte. Daher wurde nach einigen Tagen der Entschluss gefasst, aufgrund der miserablen Wetterlage nach Gotland auszuweichen. Dort sind wir nach, einer für mich sehr imposanten Wende (so Segelschiffe können ganz schön Schlagseite bekommen), und einigen Tagen fahrt auch gut angekommen und konnten dort erstmal wieder zu Kräften kommen…
]]>
Heute treffen wir dann die beiden anderen 10er Gruppen aus den Bereichen physikalsiche Chemie und Medizin und legen gegen Mittag ab. Leider haben wir kein Internet auf dem Schiff. Es sind quasi Zustände wie im Mittelalter…Von daher kann ich erst in fünf-sechs Tagen aus Danzig berichten, wenn wir unseren Open Ship Day haben. Wer sich allerdings für die Reise interessiert, kann auf der Internetseite der FAU schauen, dort gibt’s es immer wieder neue Berichte und außerdem kann man das Schiff tracken und schauen wo wir uns gerade aufhalten (https://science-sets-sail.fau.eu/).
Die letzten Tage habe ich versucht mich mit entsprechender Musik in Seemannsstimmung zu bringen und bin daher sehr, sehr, sehr gespannt auf die nächsten Tage…
]]>Thor Heyerdahl war ein norwegischer Archäologe, Ethnologe und vieles mehr. Als Kind interessierte sich Heyerdahl stark für Tiere und das Leben unter einfachsten Bedingungen in der Natur. Das führte dazu, dass er 1933 began Geographie und Zoologie in Oslo zu studieren. Im Rahmen seiner Studienreise nach Fatu Hiva, begann er sich aber immer mehr für die Ethnologie, genauer die Herkunft der Insulaner in Polynesien zu interessieren.
Rund um 1940 gab es zwei gegensätzliche Theorien, die seit langer Zeit zur Diskussion standen. Dazu sollte man allerdings die folgende Karte kennen:
Zur Diskussion standen:
Thor Heyerdahl fand aber beide Theorien eher mäßig. Aufgrund seiner Kenntnisse über Meeresströmungen, zog er als erster die Theorie in Betracht, dass Polynesien von Amerika aus besiedelt wurde. Um dies zu beweisen startete er 1947 seine Kon-Tiki Expedition. In Peru bauten er und sein Team ein Floß, aus vor Ort gewinnbaren Baumstämmen, und nur mit Material welches auch den Ureinwohnern zur Verfügung stand. Auf dieser Expedition führten sie zwar etwas modernes Equipment mit, allerdings nur für Notfälle und zur Dokumentation. Diese Expedition war ein voller Erfolg, denn Thor Heyerdahl konnte zeigen, dass es Indianern Südamerikas technisch möglich war Polynesien zu besiedeln. Die dabei entstandene Dokumentation Kon-Tiki wurde 1952 mit dem Oscar für die beste Dokumentation ausgezeichnet. Etwas was wir in der Nanotechnologie, glaube ich, noch nicht geschafft haben.. Leider konnte ich die Doku auf die Schnelle nicht auftreiben, auch wenn ich sie unbedingt sehen will. Allerdings wiederholte sein Enkel Olav Heyerdahl 2008 die Fahrt und die Doku ist bei Youtube zu sehen. Darüber hinaus wurde 2012 der Film Kon-Tiki, der bisher teuerste norwegische Film, sehr erfolgreich gedreht, der ebenfalls die Geschichte der Expedition erzählt und definitiv auf meine Liste kommt und ich empfehle euch schaut ihn euch an.
Thor Heyerdahl hat noch viele weitere superspannende Expeditionen unternommen, die ich aber nicht alle vorweggreifen will. Auf jeden Fall finde ich seine Geschichte sehr faszinierend und werde mich noch mehr mit dieser inspirirenden Person auseinandersetzen. Auch bin ich schon etwas traurig, dass meine Forschung fast nur im Labor stattfindet… Diese Geschichte steigert meine Vorfreude jedenfalls gewaltig…
]]>Innerhalb dieses Projektes wird der Dreimaster Thor Heyerdahl von drei verschiedenen Gruppen durch die Ostsee gesegelt. Jede Gruppe besteht aus 10 Wissenschaftlern (und der dazugehörigen Crew, ohne die wir das Schiff wahrscheinlich gleich versenken würden), aus völlig verschiedenen Fachgebieten. Zwar kommt die Mehrheit der Forscher von FAU, aber es sind Leute von über 20 anderen Universitäten mit an bord. Und ich darf mittendrin sein!!!
Das Ziel dieser Reise ist es, einen starken Zusammenhalt der mitfahrenden Wissenschaftler durch die gemeinsame Erfahrung an Bord zu schaffen. Dabei soll nicht nur Wissen ausgetauscht werden, sondern es wird sich auch erhofft, dass eine Reihe neuer Projektideen entstehen. Ich bin sehr sicher, dass sowohl die einzelnen Wissenschaftler, als auch die Universitäten, an denen die Wissenschaftler arbeiten, von diesem tollen Projekt profitieren werden.
Auf jeden Fall habe ich mich extrem gefreut, dass ich eingeladen wurde, in der dritten Gruppe (vom 2. bis zum 11. August) von Tallinn nach Rostock mitzufahren. Ich werde über die Zeit an Bord und die Wissenschaft mit der ich in Kontakt komme schreiben. Ich hoffe ihr freut euch so drauf wie ich…
Ich bin auch supergespannt auf das Segeln selbst. Die einzigen Erfahrung mit Segelschiffen habe ich bisher als Kind gesammelt:
]]>1. Jogginghosen ersetzen Laborkittel und Schutzbrille
Gerade auf Langstreckenflügen und in Hostels gibt es nichts besseres als Jogginghosen, und Schutzbrillen werden in Flugzeugen eh ungern gesehen. Also immer einpacken!
2. ‘Its not a liquid, its a semisolid!’
Diskussionen mit der Flughafensecurity sind so’ne Sache. Auch wenn der 1 liter Container Kondensmilch im Handgepäck keine Flüssigkeit, sondern ein Semisolid ist, helfen Argumente wenig und die Security interessiert sich auch nicht besonders für Rheologiemessungen. Wenn die sagen, das kommt nicht ins Flugzeug, kommt es nicht ins Flugzeug… (Ist wirklich so passiert)
3. Einheimische lieben es, wenn man ihnen ihre eigene Kultur erklärt!
Auch wenn man sich auf das neue Land gut vorbereitet, sollte immer daran denken, dass man doch Tourist ist. Und auch wenn man Menschen außerhalb ihres Landes trifft, wissen sie meisten mehr über das entsprechende Land. Dazu eine kleine Anekdote:
Als ich mit einem Freund aus Ramallah in einem Hostel irgendwo in Europa saß, kam eine Freundin dazu, welche wir seit einigen Tagen kannten. Aus irgendeinem Grund hatte sie auf einmal die Muse uns einen 30 minütigen Monolog darüber zu halten wie man im Nahen Osten Frieden herstellt. Das Problem war nur, dass sie noch nie auch ein nur Land im gesamten Nahen Osten besucht hatte. Generell war ihr Wissensstand ungefähr vergleichbar mit jemanden der kürzlich zwei Spiegel Online Artikel zu diesem Thema gelesen hat…Mein Kumpel löste die Situation mit dem netten Satz: You know, I am from there, I also know a little bit, auf und wir konnten uns wieder gemeinsam mit etwas anderem befassen.
4. Ich? Ich bin Wissenschaflter bei S.H.I.E.L.D.
Man findet schnell neue Freunde wenn man bei der Einreise erwähnt, dass die eigene Forschung durchaus militärischen Nutzen hat.
Als ich in San Francisco eingereist bin, hat mir die zusätzliche Kofferkontrolle tatsächlich viel genutzt. Der Securitymitarbeiter hat mir, während er den Koffer durchsucht hat, erklärt wo ich mir ein Fahrrad ausleihen soll und welchen Weg ich dann fahren soll, um auf dem Weg zur Golden Gate Bridge möglichst viel zu sehen. Und seine Tipps haben sich, wenn man davon absieht, dass ich in eine Demo geraten bin, echt gelohnt.
5. ‘Lauf Forrest, lauf!’
Joggen ist eine der besten Möglichkeiten Städte zu erkunden, besonders Parks und Flüsse. Ich habe es auf meiner Reise geschafft zwei bis dreimal in der Woche laufen zu gehen und dadurch viele Gegenden gesehen, die ich sonst wahrscheinlich nicht erkundet hätte. Außerdem hat es mir sehr beim Jetlag geholfen. Also unbedingt Laufschuhe einpacken!
6. ‘Hemd scheiße, Hose scheiße, alles scheiße, du kommst hier net rein’
Universitäten sind selten von bewaffneten Securities bewacht. Auch wenn es komisch klingt, aber es kommt tatsächlich vor das Universitäten bewaffnete Securities haben und Ausweiskontrollen machen. Das ist aber eher die Ausnahme… Dadurch kann man sich einfach in die Vorlesungen hineinsetzen. In vielen Städten lohnt es sich eh Universitäten zu besichtigen. Man kann in den Vorlesungen auch gut Kontakt zu den Studenten aufnehmen, allerdings sollte man beachten, dass nicht überall in Englisch unterrichtet (in Deutschland muss man z.B. Deutsch können…)
7. ‘Einen Dreitagebart kann man immer zu ner chilligen Cap bringen’
Da ich kein großer Freund von riesigen beauty bags bin, waren Cap und Bart sehr reisefreundlich. Ich bin eh immer wieder erstaunt wie Menschen aus ihrem Urlaub eine wahre Modeschau machen. Auch wenn man gerne bedenkenlos jedem Modetrend nachläuft, sollte man trotzdem ein bisschen beachten, was man anzieht, wenn man z.B. heilige Stätte besucht. Das hat auch etwas mit Respekt vor anderen Religionen und Kulturen zu tun…
8. Pubcrawls gelten als Museumsbesuche, aber Museumsbesuche nicht als Pubcrawls.
…
9. Die Energie eines abgeschlossenen Systems ist konstant.
Man findet in Hostels oft Menschen die ganz tolle Ideen haben wie man die Welt besser machen und/oder die Energieprobleme lösen kann. Trotzdem sollte man, für den Frieden im Hostel, darauf verzichten ihnen zu raten sich ‘Grundlagen der Thermodynamik‘ anzuhören…
10. ‘There is always time for a banana’
Gerade auf Reisen ist gesunde Ernährung wichtig!!!
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Das Reich der Sonne stand nach Korea auf meiner Liste, und die Reise dauert auch nur etwas über eine Stunde. Ich bin nach Osaka geflogen, dann weiter nach Kyoto und am Schluss nach Tokio. Naja, als ich in Osaka angekommen bin, war ich erstmal sehr hungrig und es war schon recht spät. Zum Glück war der nette Angestellte im Hostel so nett mich direkt zu seinem lieblings Straßenstand, an dem es leckeres Essen gibt, zu begleiten. Ich hatte nur nicht bedacht, dass ich nicht alles Esse, was in Japan so auf den Tisch kommt. Er hat mir dann die extragroße Portion gebackene Wasauchimmer mit Tintenfisch und Glibber bestellt, und ich durfte das unter den begeisterten Blicken meines neuen Freundes genießen.
Da ich zufällig und ungeplant zur Bloom of Cherry Blossom da war, was in etwa die schönste Woche in Japan ist, war Japan extrem voll mit Touristen. In dieser Woche blüht die japanische Kirschblüte:
Diese Bäume sieht man überall, jedenfalls überall wo ich war, und sie sind auch ganz nett. Allerdings muss man, wenn man Japan zu dieser Zeit besuchen will, abwägen zwischen den Mengen an Touristen (und den Preisen) und dem spektakulären Blick den man bekommt. Ich würde eher davon abraten, da es in Japan auch so genug zu sehen gibt. In Osaka war es mir z.B. zu voll und als ich das historische Castle besuchen wollte, das sich normalerweise echt lohnt, bin ich aufgrund der Massen an Menschen nicht lange geblieben… Am nächsten Tag ging es direkt weiter nach Kyoto, was allerdings komplett überbucht war. Daher habe ich mir ein Hostel in Hirakata gebucht. Und das sich echt gelohnt. Denn man kommt sehr schnell nach Kyoto, das Hostel war erst fünf Monate alt und supergünstig im Vergleich zu Kyoto (< 20 €/Nacht). Da Japan über ein sehr gutes öffentliches Verkehrssystem verfügt lohnt es sich auch im Umland nach guten Hostels zu schauen (man sollte sich auch nach dem japan Rail Pass erkundigen). Außerdem sind diese Städte nicht so stark auf Tourismus ausgerichtet und man bekommtnochmal einen anderen Einblick in das Land.
In Japan habe ich insgesamt drei Unis besucht, also viel Programm und das erste was ich gelernt habe ist, dass man in den Laboren Hausschuhe trägt. Sehr cool…
An allen Unis wurde allerdings an sehr ähnlichen Themen geforscht, was es für den Beitrag einfacher macht. In der Nanotechnologie spielen kleine Teilchen, Nanopartikel, eine sehr wichtige Rolle. Wir verwenden sie in dieser Form, also in Form kleiner Partikel in zahlreichen täglichen Produkten, wie Ketchup, Sonnencreme, Farben, Autoreifen oder Nahrungsergänzungsmitteln. Eine sehr wichtige Fragestellung die in der Forschung in diesem Zusammenhang interessiert ist, welche Kräfte zwischen diesen Nanopartikeln wirken. Denn, physikalische Wechselwirkung spielen in der Welt der Nanopartikel eine sehr (sehr !!) wichtige Rolle. Im einfachsten Fall kommt es dazu, dass die Teilchen aufgrund der starken anziehenden Kräfte verklumpen, und sich nicht gleichmäßig im Produkt verteilen. Da wir an den Unis wissen, dass Konsumenten nichts mehr hassen als verklumpten Ketchup, wird an der Fragestellung was die Nanoteilchen zusammenhält (oder auseinanderbringt) an vielen verschiedenen Unis auf der ganzen Welt mit sehr verschiedenen Ansätzen geforscht. Prof. Mori von der Doshisha University in der Nähe von Kyoto forscht z.B. an Kapillarkräften. Diese Kräfte kennt man am ehesten von Strandurlaub, denn dort hat man gelernt den Sand nass zu machen damit er klebt. Aber nicht zu nass, sonst schwimmt alles weg. Wasser wirkt in der richtigen Menge zwischen Partikeln (sowohl Sandkörner als auch kleine Nanopartikel) wie Kleber und in den letzten Jahren haben wir einen entscheidenden Unterschied herausgefunden. Während man Sand extra nass machen muss damit er klebt, kleben Nanopartikel fast immer, weil sie immer nass sind. Allerdings funktioniert die Kapillarkrafttheorie aufgrund der geringen Größe etwas anders als zwischen den Sandkörnern. Und wie genau, dass versuchen Gruppen wie z.B. die von Prof. Mori herauszufinden. Auch wenn sich das nach langweiliger Grundlagenforschung anhört, ist das genaue Wissen um diese Kapillarkräfte extrem wichtig, da sie die Herstellung und Weiterverarbeitungsprozesse auf industrieller Ebene beeinflussen und auch bei der Entwicklung von selbstreinigenden und selbsthaftenden Oberflächen. Das Problem was wir im Moment allerdings haben ist, dass wir zwar wissen, dass diese Kapillarkräfte sehr wichtig sind, wie sie sich genau verhalten wissen wir aber nicht, da es im Moment sehr unterschiedliche Messergebnisse in der Literatur gibt.
Es gibt allerdings noch eine Reihe weiterer Kräfte , neben den Kapillarkräfte, die wichtig sind. Eine Andere ist die elektrostatische Wechselwirkung. Man kennt das Prinzip wenn man einen Luftballon an seinen Haaren reibt und der Ballon dann die Haare anzieht.
Für Nanopartikel sind auch diese Kräfte sehr wichtig und spielen besonders bei der Herstellung und Weiterverarbeitung eine wichtige Rolle. Denn während dieser Prozesse stoßen die Nanopartikel oft gegeneinander. Durch die Zusammenstöße und Reibung der Teilchen gehen Elektronen von einem Partikel auf das andere über. Die entstehenden geladen Teilchen kleben dann oft an den Wänden der Reaktoren oder der Transportmedien, was oft auch zu Verstopfungen führen kann und eine großes Problem darstellt. Es wurden mittlerweile eine Reihe von Patenten angemeldet die sich spezifisch mit diesem Problem beschäftigen (z.B. US7905433B2). Interessanterweise haben wir in diesem Bereich der Forschung zwar gute Grundlagenkenntnisse, aber wenn es etwas spezifischer wird, z.B. welche Rolle die Ladung genau zwischen den Nanopartikeln spielen, dann wissen wir noch recht wenig…
In Kyoto war für mich als Dragon Ball Fan das Manga Museum ein Muss, und dieses Museum ist echt gut gemacht. Es ist ziemlich groß, und man kann so gut wie alle Mangas anfassen (und lesen), wenn man möchte (allerdings auf Japanisch). Der Eintritt ist mit ca. 7 Euro recht günstig. Außerdem gibt es auch für jede andere Sprache Regale voll mit Mangas und überall im Museum Sitzmöglichkeiten. Es wird einiges über die Geschichte und Hintergründe erklärt. Und man kann sich danach mit zahlreichen Andenken eindecken. Fotografieren ist allerdings nur neben einem übergroßen Vogel erlaubt. Warum weiß ich leider nicht…
Eine weitere Sache, die mich in Japan fasziniert hat, ist das Verhalten an Bahnhöfen und Metro-/ Busstationen. Die Stellen an denen die Zug-/ Bustüren sind, sind auf dem Boden markiert und die Menschen stellen sich dort wirklich in einer Reihe auf, selbst wenn noch kein Zug da ist. Sobald der Zug kommt und sich die Türen öffnen, teilt sich die Schlange in der Mitte, dass alle austeigen können und dann wird der Reihe nach eingestiegen. Ich stelle mir das gerade mal in Israel vor…:-D
Eine letzte Sache die mich in Japan fasziniert hat, sind japanische Toiletten. Im Vergleich dazu leben wir noch im Mittelalter und sowas will ich auch… Diese Toiletten öffnen sich wenn man den Raum betritt automatisch, haben beheizte Sitze ein Touchpad an der Seite wo man alles Mögliche einstellen kann und es wird beruhigende Musik gespielt. Dem ist nichts hinzuzufügen…
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Insgesamt sind sechs Team aus sechs verschiedenen Ländern gegeneinander angetreten. Die Teams sind alle, mit teilweise sehr unterschiedlichen Entwürfen, angereist. Eine Struktur die einem Auto sehr nahe kommt wurde z.B. von der französischen Gruppe veröffentlicht: Jacquot de Rouville et al., Synthesis of polycyclic aromatic hydrocarbon-based nanovehicles equiped with triptycene wheels, Chem. Eur. J. 2012, 18, 3023-3031.
Ich hatte das Glück einen der Piloten des deutschen Teams interviewen zu dürfen. Frank Eisenhut ist Doktorand am Lehrstuhl für Materialwissenschaften und Nanotechnik der TU Dresden. Dort beschäftigen sie sich mit mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Molekülstrukturen auf Oberflächen. Die Teilnahme am Nanocar-Race war dadurch sehr naheliegend, denn die Bewegung des kleines Nanoautos ist angewandte Molekülmechanik. Die grundlegenden Fragen dahinter sind: Kann man Moleküle gezielt über Oberflächen bewegen? Wie stabil sind sie? und was sind die Mechanismen dahinter? Alles wichtige Fragestellungen sowohl für das Rennen, als auch für die Forschung in Dresden.
Der Ansatz mit dem die Dresdener angetreten sind, war die Nanowindmühle mit einem Durchmesser von ca. 3 nm. Damit haben sie sich bei mir, der in Holland wohnt, sofort ins Herz geschlossen. Das Molekül ABP (4-Acetylbiphenyl), dass im Prinzip wie ein einzelnes Windmühlenblatt aussieht, hat die Eigenschaft, sich auf einer Goldoberfläche zu einer vierblättrigen Windmühlenstruktur zusammenzusetzen. Dieses self-assembly, also Legobauen ohne den Menschen der die Teilchen zusammensetzt, ist sehr wichtig in der Nanotechnologie. Diese entstandene Struktur wird durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten. Der Schüssel ist, dass die Bindungen zwischen den Windmühlenblättern stärker sein müssen, als die Bindungen der einzelnen Windmühlenblätter zum Untergrund, was durch die Wasserstoffbrückenbindungen gewährleistet wird.
Diese Windmühle kann man jetzt gezielt bewegen, wenn man mit der Spitze eines Scanning Tunneling Microscope sehr nah heran geht und einen Stromimpuls abgibt. Wobei man die Windmühle nicht nur schiebt, sondern sie sich auch dreht. Die Richtung und Art der Bewegung der Windmühle kann durch die Ladung (negativ oder positiv) der Spitze bestimmt werden. Außerdem ist es wichtig ob man den Stromimpuls direkt im Zentrum der Windmühle oder über einem der Flügel abgibt. Die ausführlichen Details sind in: Nickel et al. (2013) ACS Nano,7, 191-197 veröffentlicht worden.
Die entscheidende Frage für das Rennen war jetzt, kann man diese Struktur 100 nm weit bewegen? Und leider musste sich das Dresdener Team einem Team aus der Schweiz geschlagen geben, die mit ihrem Ansatz sogar 130 nm weit fahren konnten.
Das Ganze war natürlich auch ein großes Publicity und Networking Event für die Forschung im Bereich molekularer Maschinen. Es ging auch darum medienwirksam zu zeigen, was mit dem neuen Mikroskop in Toulouse, möglich ist und wie weit die Forschung in diesem Bereich ist. Deswegen kann man auf nanocar-race.cnrs.fr zahlreiche Videos zu dem Rennen sehen.
Im nächsten Jahr wird es wohl keine direkte Wiederholung des Rennen geben, denn es gab zwar einige wissenschaftliche Erkenntnisse, aber der Aufwand war auch extrem groß. Jedes Team musste zwei Wochen nach Toulouse zum Testen und sich davor noch selber mit der Anpassung der Synthese und dem Verständnis das Molekülbewegung auseinander setzen. Trotzdem finde ich als Außenstehender, dass es eine sehr gute Kombo von Wissenschaft und Wettbewerb ist, der öffentlichkeitswirksam ist, und daher für Interesse und Nachwuchs in der Nanotechnologie wirbt. Außerdem zeigt es schön auf wie weit wir bei der Entwicklung der Nanomaschinen schon sind. Es ist noch nicht so, dass kleine Nanoroboter eigenständig durch den menschlichen Körper fahren und die Kontrolle über die Welt übernehmen, aber es ist auch nicht so, dass wir noch gar nicht wissen was wir da überhaupt tun. Wir können kleine ‘Maschinen‘, die aus mehreren Molekülen zusammengesetzt sind, zusammenbauen, gezielt bewegen und haben in den letzten Jahren erfolgreich den Schritt von der Bewegung einzelner Moleküle zur Bewegung zusammengebauten Strukturen geschafft.
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Ich hab mich zwar sehr gefreut, aber eigentlich wollte ich als ehemaliger Teakwondo Sportler nur ein bisschen mit den Koreanern trainieren und hatte keine großen Erwartungen. Ich muss auch eingestehen, dass ich mich nicht besonders vorbereitet habe und einfach ins Flugzeug gestiegen bin. Aber Seoul hat mich überrascht und ist definitiv der Geheimtipp auf meiner Reise. Ich war eine Woche in Seoul und das ist schon fast zu wenig Zeit. Eigentlich ist es schade, da Korea auch außerhalb Seoul viel zu bieten hat. Von Freunden vor Ort habe ich gehört das Busan oder Jeju, eine Insel im Süden des Landes, extrem schön sein sollen. Außerdem hat Korea auch naturtechnisch viel zu bieten, falls man gerne wandert. In Seoul wird einem auf jeden Fall nicht langweilig, die Stadt bietet sowohl partytechnisch, kulinarisch, als auch kulturell echt viel.
Koreanisches Essen ist sehr vielseitig und wer gerne scharf ist, ist auf jeden Fall richtig hier. Als ich an einem Straßenstand Mittagessen kaufen wollte, habe ich auf ein entsprechendes Bild gezeigt. Die Frau erklärte mir, dass es leider ausverkauft war. Dann hab ich auf das Bild daneben gezeigt. Sie hat mich nur lachend angeschaut und gesagt: No not good for you. Damit hat sie mir wahrscheinlich mein Leben gerettet.
In Seoul gibt es eine ganze Reihe von Palästen und Tempelanlagen, die man sehr gut besichtigen kann. Highlight für mich war der Changdeokgung Palast, der als Erweiterung zum Hauptpalast (Gyeongbokgung) gebaut wurde. Dieser Palast ist seit 1997 UNESCO Weltkulturerbe. Außerdem kann man dort eine geführte Tour durch den Geheimen Garten machen die sich sehr lohnt, aber auch schnell ausgebucht ist.
Den Gyeongbokgung Palast, den Hauptpalast, fand ich selber hingegen nicht so gut, da große Teile ab 1990 rekonstruiert wurden, was man deutlich sieht und man in fast kein Gebäude hinein schauen kann… Cool hingegen ist, dass man freien Eintritt in die Paläste erhält wenn man traditionelle Kleidung trägt, die man rund um die Paläste leihen kann. Sehr viele Koreaner machen das, was den Sehenswürdigkeiten einen sehr coolen Flair gibt.
Vorort habe ich Dr. Soon-Gil Jung, Post-Doc an der Sung Kyun Kwan Universität, besucht. Die Sung Kyun Kwan University wurde bereits 1398 gegründet. Dreihundertjahre später als die erste Universität in Europa, aber ungefähr zur selben Zeit der ersten Universität in Deutschland. Die Sung Kyun Kwan Universität ist eine der renommiertesten Universitäten in Süd Korea und ich war sehr beeindruckt von dem was dort aufgebaut wurde. Dr. Soon-Gil Jung arbeitet in der Gruppe von Professor Park und sie forschen an Supraleitern. Ich bin zwar kein Experte in diesem Gebiet, aber im Grunde geht es bei ihrer Forschung darum, dass Supraleitung bisher nur bei sehr niedrigen Temperaturen funktioniert und man versucht Materialien zu entwickeln bei denen man Supraleitung bei höheren (im besten Fall Raumtemperatur) erhält. Ein anderes Forschungsgebiet, was an der Universität sehr stark erforscht wird, ist Graphen. Graphen ist Kohlenstoff mit einer speziellen zweidimensionalen Struktur der sehr interessante elektrische und mechanische Eigenschaften besitzt. Zweidimensionale Materialen sind in der Nanotechnologie mittlerweile State of the Art. Es bedeutet, dass ein Material in zwei Dimensionen normal wachsen kann, also eine Länge und Breite von Nanometern, Mikrometern, Millimetern oder Zentimetern haben kann, aber die Höhe ist nur eine Atomschicht dick (also wirklich dünn) ist. Aus dieser speziellen Geometrie können neue sehr interessante elektrischen und mechanische Eigenschaften entstehen. Dies hängt im Prinzip damit zusammen wie sich die Atome dann in dem Material anordnen.
Graphen ist genauso ein Material. Besonders interessant ist die Frage ob Graphen irgendwann Silizium als Transistormaterial ersetzt. Auch in Akkus ist die Anwendung von Graphen denkbar. Außerdem ist die Entdeckung von Graphen ist eine sehr coole Geschichte:
In grauer Vorzeit, also vor 2004, hatte noch nie jemand gezeigt, dass ein zweidimensionales Material, wie Graphen, existieren kann. Es gab zwar einige theoretische Überlegungen, aber das war es auch schon. Die beiden Russen Andre Geim und Konstantin Novoselov kreierten dann ein geniales Experiment. Sie nahmen ein glattes Stück Grafit (also eine Bleistiftspitze). Grafit ist nichts anderes als ganz viele Graphenschichten übereinander gestapelt. Sie klebten das Stück auf ein Klebeband und zogen es immer wieder davon ab, bis am Schluss nur eine ein Atom hohe Schicht übrig blieb: Graphen!
Diese Tesafilm Methode wird heute noch verwendet. 2010 wurden sie mit dem Nobelpreis in Physik für ihre Entdeckung und Erforschung rund um Graphen ausgezeichnet. Seit dem ist ein regelrechter Wettstreit in der Forschung um das neue Wundermaterial ausgebrochen. An der Sung Kyun Kwan Universität wird unter anderem erforscht ob man Graphen dreidimensional formen kann und dadurch die elektrische Eigenschaften gezielt verändern kann. Die Idee die verfolgt wird, ist das man künstliche DNA auf einer sehr flachen Oberfläche platziert und dann Graphen darüber legt. Das Graphen nimmt dann die Form des Untergrundes an. Sowie eine Decke die Form von der Matratze und einem selber wiederspiegelt. Die DNA kann man dann einfacheine erhöhte Temperatur verdampfen und die dreidimensionale Graphen Struktur bleibt zurück.
Im weiteren Verlauf habe ich noch eine persönliche Führung durch das Center for Integrated Nanostructure Physics (CINAP) bekommen. Die Idee hinter diesem Center ist, dass es zwar schon viele einzelne Forschungsgruppen in Korea gibt, aber bestimmte Fragestellung im Zusammenhang mit zweidimensionalen Materialen, aufgrund ihrer Komplexität, nicht in kleinen Laboren erforscht werden können. Da dort generell an zweidimensionalen Materialen geforscht wird, wird auch intensiv an Graphen geforscht. Die Einrichtung war wirklich sehr beeindruckend und hat alles das, was ich mir zu Weihnachten wünschen würde. Die Labore sind nagelneu und erstreckten sich auf über 5 Etagen. Das gesamte Center ist riesig (über 9000m2) und ist, nach eigenen Angaben, nach dem Vorbild eines Max-Planck Institutes aufgebaut. Genauer gesagt dem MPI for Microstructure Physics in Halle. Wenn die Manpower (und experimentellen Möglichkeiten) dort berücksichtigt, kann man in den nächsten Jahren einige wichtige Fortschritte erwarten auf die ich mich sehr freue…
In Seoul kann mich sich sehr gut und günstig mit dem öffentlichen Verkehrsmitteln, besonders der U-Bahn, fortbewegen. In vielen Städten, die ich bisher besucht habe, kann man Chipkarten kaufen und mit Geld aufladen, was das Rumgefahre sehr einfach macht. Das coole ist, dass die Koreaner viel kreativer sind, was die Gestaltung dieser Chipkarte angeht:
Eine weitere Sache die ich bei meinem Koreabesuch entdeckt habe sind Tiercafés. Also Cafés in denen Tiere herumlaufen. Diese Cafés sind sehr beliebt in Korea. Ich habe einige davon besucht, da ich mir gerne ein Bild davon machen wollte. Das mit den Schafen hat mir sehr gut gefallen, da die Schafe einen eigenen Rückzugsraum hatten, an den Besucher nicht durften. Wenn die Schafe Bock haben, können sie raus und sich von den Besuchern bespaßen lassen. Da ich Tiere generell sehr sehr gerne mag, fand ich die Katzencafés etwas schwieriger. Damit die Katzen nicht weglaufen, können sie nicht raus und haben natürlich nicht unendlich viel Platz. Das größere Problem, fand ich jedenfalls ist, dass die Katzen nach speziellen Schönheitsidealen vollkommen überzüchtet werden, was nicht sehr gesund ist (ein bisschen so wie bei Germanys next topmodel).
Wenn man diese Cafés also besucht, sollte man sich im Vorfeld informieren, um abzusichern, dass die Tiere den eigenen Vorstellungen nach gehalten werden. Es gibt noch so viel mehr, was man hier über Südkorea auflisten könnte. Aber für diejenigen die gerne mal ein extrem schönes Land in Asien mit einer sehr interessanten Kultur, das nicht völlig überlaufen von Touristen ist, besuchen möchten, will ich nicht alles vorweg nehmen…
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Um Oberflächen hydrophob, und damit Wasser oder Urin abweisend, zu machen wirbt der Hersteller UltraTech International:
“Wir setzen hier auf Nanotechnologie, um jegliche Gegenstände wasserabweisend oder schmutzabweisend zu machen und dabei ist es egal, ob bei einer Tischplatte, einem Ziegelstein oder Textilien wie einem Arbeitshandschuh”
Die Frage ist jetzt aber, benutzen die wirklich (!) Nanotechnologie und wenn ja wie?, oder wollen sie einfach ein bisschen auf die Kacke hauen? Da Firmen ja sehr gern NANO auf alles drauf schreiben was ihnen unter die Finger kommt, aber ungern sagen, was sie wirklich machen, ist das gar nicht so leicht das nachzuprüfen. Und natürlich habe ich auf der Firmenhomepage keine hilfreichen Informationen gefunden. Glücklicherweise, dachte ich jedenfalls, gibt es aber Patente. In Patenten müssen Firmen ihre Prozesse offenlegen um den Patentschutz zu bekommen. Leider sind Patente deswegen sehr unschön zu lesen, da Firmen ja nicht wollen, dass andere leicht herausbekommen, was sie da genau machen. Patentliteratur kann sehr ergiebig sein. Aber leider nicht in diesem Fall. Ich habe zwar ein entsprechendes Patent der Firma gefunden (US2015/0133013A1), aber in diesem Patent schützt sich die Firma nur faserige oder poröse Oberflächen hydrophob zu machen, wie genau beschrieben sie nicht. Es scheint also vielmehr so, dass ULTRA TECH ihr ULTRA EVER DRY gar nicht selbst patentiert hat, sondern die genaue Zusammensetzung geheim halten möchte. Das ist eine beliebte Firmenstrategie und z.B. Coca Cola macht das auch so. Da Patentschutz nach höchstens 20 Jahren abläuft, hätte danach jeder die Erlaubnis das Rezept herzustellen.
Aber wie funktioniert dieser urinabweissende Lack jetzt genau? Gleich am Anfang des Patent findet sich folgender Satz:
“A method of manufacturing waterproof apertured materials or surfaces using nanoparticle hydrophobic compositions and treatments, and preferably superhydrophobic compositions and treatments,…”
Hier wird angegeben, dass Nanoteilchen tatsächlich benutzt werden. Im weiteren Text wird aber nicht näher darauf eingegangen. Es werden nur andere Patente zitiert und als Beispiel angegeben. Aber Firmen müssen bestimmte Informationen, wie z.B. welche Materialien in dem Produkt enthalten sind, in sog. Safety Data Sheets angeben. Nachdem ich mich durch eine Reihe von Patenten und den Safety Data Sheets gegraben hatte, ergab sich schließlich folgendes Bild.
Der Lack besteht zu größten Teilen aus Aceton (einem Lösungsmittel), aber in dem Lack sind auch kleine Nanoteilchen aus Silica (2-4%) enthalten. Die Oberfläche dieser Nanoteilchen wurden mit bestimmten Materialien behandelt, so dass sie hydrophob sind (wie wenn man Autowachs benutzt), wenn das Aceton verdampft, bleiben die Silica-Nanoteilchen auf der bestrichenen Oberfläche zurück und formen eine neue Oberfläche, die unter dem Mikroskop wie ein riesiges Gebirge ausieht. Was ich leider nicht herausbekommen habe, ist wie groß die Nanoteilchen genau sind und ob sie eine Kombination aus verschieden großen Teilchen benutzen um eine sehr vorteilhafte Oberflächenrauhigkeit zu bekommen (als z.B. 10 und 500 nm Teilchen oder so). Der Trick mit dem Nanogebirge ist, dass wenn man nur hydrophobes Material benutzt man eine gewisse Limitation hat. Diese kann man durch das Nanogebierge verbessern. Was passiert ist, dass die Strukturen wesentlich kleiner sind, als der Wassertropfen selber. Dadurch verringert man die Kontaktpunkte des Tropfen mit dem Untergrund und macht den Untergrund noch hydrophober:
In diesem Fall handelt es sich also um eine korrekte Anwendung von Nanotechnologie um den gewünschten Effekt zu erhalten. Das Konzept ist so gut, dass weitere Städte, wie z.B. San Francisco, bestimmte Bereiche in der Stadt ebenfalls mit dem Lack bestreichen. Es ist auf jeden Fall eine sehr humorvolle und geistreiche Anwendung von Nanotechnologie in unserem Alltag und da ich experimenteller Wissenschaftler bin, werde ich das nächste Mal in Hamburg mal testen wie gut der Lack wirklich ist…
]]>In den Niederlanden fühle ich mich nicht nur wegen der lustigen Sprache sehr wohl (en ja, ik begrijp een beetje nederlands). Delft bietet Wissenschaftlern ein extrem gutes Forschungsumfeld. Die Universität ist sehr gut ausgestattet, als Forscher hat man viele Freiheiten und ein sehr angenehmes Leben dort. Drei Punkte sind mir allerdings während meiner Zeit in den Niederlanden aufgefallen, die sich von Deutschland unterscheiden.
Zum ersten Punkt: Publikationen sind für uns Wissenschaftler die Währung an der wir gemessen werden. Wie wir lehren, unsere Vorträge halten oder wie wir Studenten betreuen ist im Vergleich unwichtig, wichitg ist unser H-Index und der Impact-Faktor. Also Was? wir Wo? publizieren. Auch für das Einwerben von Drittmitteln sind unsere bisherigen Publikation extrem wichtig (dafür sind wir, meiner Meinung nach, in der Regel übrigens recht schlechte Schreiber…).
Ganz nach dem Motto: Wir zeigen gerne was wir gemacht haben, wird in den Niederlanden sehr viel publiziert. Diese Publikationspolitik wird oft kritisiert, da es einen Trend gibt, dass zu viel Müll veröffentlicht wird. Aber gilt das auch für die Niederlande? Auf https://www.scimagojr.com habe ich mal nachgelesen welche Länder im Bereich Nanotechnologie wie viel publizieren. Zusätzlich kann man sich dort verschiedene Qualitätsmerkmale anschauen (die in der Regel daran gemessen werden, wie oft unsere Publikationen zitiert werden). Ohne auf jedes Merkmal im Detail einzugehen, finde ich, dass man den Niederländern eigentlich wenig Vorwürfe machen kann. Bei der Menge der Publikationen sind sie unter den Top 20 der Welt. Die meisten Länder, die mehr publizieren, sind wesentlich größer und die Daten sind nicht normiert. Es stimmt also, dass die Niederländer recht viel publizieren. Wenn man sich die Kennwerte für Qualität anschaut, landen sie (je nach Kennwert) in den Top 10 oder den Top 15. Hier würde man einen deutlich schlechteren Wert erwarten, wenn die Niederländer nur auf Quantität gehen würden.
Um die Lehre zu gestalten gibt es zwischen den Universitäten in den Niederlanden absprachen. Die Lehre ist generell verschulter als in Deutschland, allerdings müssen die Studenten auch mehr tun. Ich bin nicht der Meinung, dass die Vorlesungen besser sind oder mehr Stoff behandelt wird, aber es gibt wesentlich mehr betreute Übungen, mit Abgabepflicht der Übungsaufgaben, als ich es aus Deutschland kenne. Dadurch beschäftigen sich die Studenten mehr (oder intensiver) mit dem Stoff, was sich definitiv nicht schlecht auf ihr Studium auswirkt. Darüber hinaus sind die Bachelor in Niederländisch, aber alle Master in Englisch, wovon sowohl die holländischen als auch ausländische Studenten profitieren.
In der Gruppe von Prof. Ruud van Ommen arbeiten wir daran kleine Nanopartikel zu funktionalisieren. Nanopartikel werden schon seit Jahrzehnten in verschiedene Produkte gemischt (Sonnencreme, Autoreifen, Ketchup, Kirchenfenster….). Sie haben dort in der Regel eine bestimmte Aufgabe (z.B. als rotes Farbpigment in Kirchenfenstern rot sein). Um die Eigenschaften dieser Nanoteilchen zu verbessern, versuchen Forscher weltweit, seit einigen Jahren, sie zu funktionalisieren. Dabei versucht man entweder die Eigenschaft, die die Nanoteilchen in dem Produkt bereits erfüllen zu verbessern (also z.B. stärkeres, schöneres rot) oder den Nanoteilchen in dem Produkt noch eine zweite Aufgabe zu geben (also z.B. rote Farbe und Kratzfestes Fenster). Um solche Veränderungen zu erreichen verwenden wir ein Prozess namens Atomic Layer Deposition. In diesem Prozess benutzen wir abwechselnd zwei gasförmige Chemikalien (Precursor), die nacheinander mit der Oberfläche der Nanoteilchen reagieren. Wenn der erste Precursor in Kontakt mit der Oberfläche der Nanoteilchen kommt, entsteht um die Nanoteilchen herum eine neue Schicht aus einem anderen Material. Das Geniale ist, dass diese neue Schicht nur eine Molekülgröße dick ist, denn die Moleküle in dem Precursor können nur direkt an der Oberfläche der Nanoteilchen reagieren. Wenn dort bereits ein Precursormolekül ist, kann ein Zweites an diese Stelle nicht mehr ran. D.h. der Prozess ist selbstlimitierend. Damit wir mehr als nur eine solche Schicht wachsen lassen können, brauchen wir also den zweiten Precursor. Der zweite Precursor reagiert mit der neuen Oberfläche und reaktiviert sie wieder. Er schafft also wieder freie Plätze für die Moleküle des ersten Precursor. Auf diese Weise können wir den ersten Precursor nochmal benutzen und nochmal und nochmal und nochmal….und nochmal und die Schicht so dick wachsen lassen wie wir sie brauchen.
Ich erfreue mich hier zwar gerade über einen Prozess bei denen wir Strukturen erschaffen, die langsamer als unsere Fingernägel wachsen, aber mithilfe der Atomic Layer Deposition konnten wir sehr effektive Photokatalysatoren herstellen, die mit einer Mischung aus TiO2 und Platin arbeiten. Die Menge an Platin können wir mit 0.16 % sehr gering halten (Van Ommen et al. (2015) J. Vac. Sci. Tech. A, 33, 021513) was natürlich extrem cool ist, da Platin sehr teuer ist. Oder wir können Papierfasern sehr widerstandsfähig machen und dadurch Verpackungen herstellen, die wesentlich umweltfreundlicher sind als Plastik (Mirvakili, et al. (2016) ACS Appl. Mater. Interfaces, 21). Das Schöne an der Atomic Layer Deposition ist, dass es Nanotechnologie ist, genauso wie Richard Feynman sie 1959 vorrausgesagt hat, nämlich Strukturen Molekül für Molekül aufzubauen…
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Diesen Artikel mag ich jetzt schon am liebsten, auch wenn es der Kürzeste ist (ich hoffe nicht deswegen)…Während meiner Zeit am Russell Berrie Nanotechnology Institute bin ich mit einem sehr coolen Projekt in Berührung gekommen: Wie klein kann man die Bibel machen?
Die Meisten von uns kennen die Bibel (vom Hörensagen). Da viele Menschen einen Nanometer nicht kennen und es uns oft schwerfällt das zu verbildlichen oder zu erklären, hatten die Forscher am Russell Berrie Nanotechnology Institute eine geniale Idee. Wir schreiben die Bibel in Miniaturform um es anderen einfacher zu machen sich Nanodimensionen vorzustellen. Mithilfe der Focused Ion Beam Methode haben sie die gesamte hebräische Bibel mit nanogroßen Buchstaben geschrieben. Die Bibel ist zwar jetzt auch mit Lesebrille nicht mehr zu lesen, aber das Geile ist, dass man die gesamte Bibel (mehr als 1,2 Millionen Buchstaben) auf eine 0.5 mm große Goldoberfläche geschrieben hat (Das ist der schwarze Punkt auf der Fingerkuppe). 2009 präsentierte Simon Peres Papst Benedict XVI während seines Israelbesuches dann diese Bibel. Seit 2015 ist sie im Israelische Museum in Jerusalem ausgestellt und ist dort zu besichtigen. In dem folgenden Video ist alles sehr gut erklärt:
Ich bin schon sehr neidisch auf dieses Projekt, da es eine extrem gute Idee ist, Menschen Nanotechnologie näher zu bringen, mit einer Technik die für uns “Alltag“ ist. Außerdem denke ich, dass diese Idee sehr viele Menschen anspricht. Ich wünsche mir, dass es noch viele solcher Ideen gibt und ich in Zukunft mehr über solche Projekte schreiben kann…
]]>Ich glaube dieser Artikel wird etwas länger, aber ich teile ihn ungerne in zwei Artikel auf, da mir Israel sehr wichtig ist, also muss ich euch bitten geduldig zu sein… Und wie vorher schont gesagt habe ich in Israel mein Handy, verloren, also habe ich leider nicht mehr alle Bilder, die ich für den Blog gerne benutzen wollte und trickse wieder etwas…
Als ich Donnerstags in Tel Aviv angekommen bin, war in Israel gerade Purim (ein jüdischer Feiertag), der in Tel Aviv, grob gesagt, wie Karneval gefeiert wird. Da mein Hostel in Florentine, einer Gegend mit vielen Bars und einem aktiven Nachtleben, lag, war ich mitten im Trubel. Ich wollte morgens eigentlich nur in Ruhe draußen einen Kaffee trinken und das Leben genießen, als ich schon von jemanden, der direkt in Florentine wohnt, eingeladen wurde! Den Rest des Tages habe ich dann mit einer Schmetterlingsbemalung im Gesicht auf einer privaten Elektroparty über den Dächern von Tel Aviv verbracht. Es war auf jeden Fall ein sehr gelungener Einstieg in meine Zeit dort…Tel Aviv ist eine meiner absoluten Lieblingsstädte. Im historische Teil von Jaffa kann man locker einen ganzen Tag verbringen. Die unendlich lange Promenade von Jaffa bis zum Frishman Beach mit den ganzen Restaurants im Norden, ist perfekt zum Laufen, Shisha Rauchen, surfen oder einfach nur am Strand rumgammeln. Sport ist hier eh sehr present, wenn man also gerne sport macht wird man in Tel Aviv lieben lernen und wenn man allein am Strand ist, bleibt man nicht lange allein…
Nach einem langen (wirklich langen) Wochenende in Tel Aviv hat die Arbeit gerufen und ich bin ans Technion in Haifa gefahren. In Haifa ist es auf jeden Fall pflicht die Bahai Gärten zu besuchen. Ich konnte dort, zum Glück, bei meinem Cousin unterkommen (Danke Faris!) und meine Tante hat bereits essen für die gesamte Woche für mich vorbereitet (شكر عمة ) , was meinem Aufenthalt sehr angenehm gemacht hat :).
Das Technion ist die älteste und eine der renommierteste Universitäten in Israel. Eine interessante Tatsache ist, dass es auf Initiative von in Deutschland lebenden Juden gegründet wurde. Daher gab es in der Anfangszeit eine große Diskussionen ob am Technion in Deutsch gelehrt werden sollte. Schließlich hat sich aber sinngemäß Hebräisch als Unterrichtssprache durchgesetzt. Einen großen Schub hat das Technion ab den 2000er bekommen. Denn in dieser Zeit konnten Forscher des Technion insgesamt 3 Nobelpreise in Chemie gewinnen! Vielleicht sollte ich öfters dort arbeiten…
Am Technion habe ich habe Professor Uri Sivan, Direktor des Russel Berrie Nanotechnology Institute, besucht. Dieses Institut ist eines der größten Zentren für Nanotechnologie in Europa und den USA und daher war ich sehr glücklich, dass ich dort vorbeischauen durfte. Anhand der Auststattung und der Qualität der Forscher hier merkt man, dass hinter dem Institut ein sehr gut durchdachtes Konzept steckt. Da es nicht mein erster Besuch war, bin ich statt einem Tag eine ganze Woche geblieben und habe endlich mal wieder selber etwas im Labor gearbeitet, was ich so langsma schon wieder vermisst habe. Die Woche habe ich am Rasterkraftmikroskop (AFM) gearbeitet. Da Andre leider noch kein Artikel über das AFM geschrieben hat, kann ich hier vielleicht ein bisschen Druck auf dich ausüben indem ich mal anfange ;).
Das Rasterkraftmikroskop wurde 1985 von Binnig, Quate und Gerber entwickelt. Es kann vereinfacht mit einem Plattenspieler verglichen werden. Eine feine Nadel (nur wenige Nanometer breit) die auf einem sogenannten Cantilever sitzt, rastert eine Oberfläche ab. Ähnlich wie bei dem Plattenspieler die Vibration der Nadel über der Schallplatte in Musik übersetzt wird, kann das AFM die Bewegung der Nadel (und damit des Cantilever) über einer beliebigen Oberfläche in ein Bild übersetzen. Dabei macht sich das AFM die physikalischen Wechselwirkungen (z.B. van der Waals Kräfte) zwischen der Spitze und der Oberfläche zunutze. Diese können anziehend oder abstoßend sein und dadurch die Spitze anziehen oder wegdrücken. Sobald die Spitze nah genug an der Oberfläche ist, wird sie durch eine Kombination verschiedener Kräfte auf einem bestimmten Abstand zur Oberfläche gehalten (in der Regel weniger als 1 nm).
Wenn die Spitze sich bewegt, verbiegt sich auch der Cantilever auf dem die Nanospitze sitzt. Diese Verbiegung kann man mit einem Laserstrahl messen und dann ein entsprechendes Bild übersetzen. Während man mit Elektronenmikroskopen sich Proben anschaut, ist man mit dem AFM zwar blind, aber man fühlt die Oberfläche. Menschen die mit dem AFM arbeiten sind also sehr feinfühlig…
Mit dem AFM ist es möglich atomare Auflösung zu erhalten, man kann damit sogar einzelne Atome und Atomstrukturen untersuchen/abbilden. Ein großer Vorteil gegenüber Elektronenmikroskopen, die meistens in Vakuum arbeiten, ist, dass das AFM in verschiedenen Umgebungen funktionert. Daher können z.B. biologische Proben in ihrer natürlichen Umgebung abgebildet werden oder der Einfluss verschiedener Gase oder Flüssigkeiten auf die Probe gezielt untersucht werden. Aus diesen Gründen ist das AFM ein sehr beliebtes Instrument innerhalb der Nanotechnologie, weswegen es mittlerweile in so gut wie jedem Labor anzutreffen ist.
Das AFM kann aber noch mehr als nur Bilder machen. Da die Grundlage für das Abbilden die physikalischen Interaktionen zwischen der Nanospitze und der Probe sind, kann man diese Kräfte mithilfe des AFM gezielt untersuchen. Es hat sich dadurch mittlerweile ein eigenes Forschungsgebiet entwickelt in dem ich selber forsche und auch die Gruppe um Uri Sivan Experten sind (zum Beispiel: Dishon et al. (2009), Langmuir, 25, 2831-2836 oder Schlesinger and Sivan (2017), Langmuir, 33, 2485-2496). In meinem Artikel “Was ist Nanotechnologie und wenn ja wie viele?“ habe ich versucht zu erklären, dass Oberflächeneffekte für Nanoteilchen sehr wichtig sind, da sie eine große relative Oberfläche haben. Die physikalischen Kräfte hängen sehr stark von der verfügbaren Oberfläche ab und spielen daher eine wichtige Rolle in der Nanotechnologie. Sie erklären z.B. warum Nanoteilchen immer verklumpen und müssen überall wo man mit Nanoteilchen arbeitet berücksichtig werden. Eines der Forschungsziele von Prof. Uri Sivan (und auch meiner Forschung) ist es herauszufinden wie, welche Kräfte genau wirken um eine grundsätzliches Verständnis dafür zu entwickeln und später entsprechende Prozesse oder Produkte zu verbessern. Dabei gibt es durchaus verschiedene Ideen. Während Prof. Sivan unter anderem ein Experte für hydrophobe Wechselwirkungen ist, beschäftige ich mich mehr mit den sogenannten Solvation (Struktur) Kräften. Aber die Details müssen für einen späteren Artikel warten, denn ich sehr gerne schreiben werde, da es sonst den Rahmen hier sprengen würde.
Nanoteilchen werden z.B. in Sonnencreme benutzt. Sie wirken in der Creme wie kleine Spiegel, die das Licht absorbieren und reflektieren und uns so vor Sonnenbrand schützen. Damit das gut funktioniert sollten sie möglichst gleichmäßig in der Creme verteilt sein und dafür ist ein Verständnis der Kräfte die diese Teilchen verklumpen lassen hilfreich. Daher haben wir in dieser Woche gemeinsam einige Experimente am AFM durchgeführt von der wir uns einige neue Einsichten in dieses Gebiet versprechen (Vielen Dank an Kfir!).
Als ich in Haifa mit Arbeiten fertig war, habe ich ein paar Tage bei meiner Familie in einer kleinen arabischen Stadt in Israel verbracht und bin dann weiter nach Jerusalem. Wenn man in diese kleinen Städte kommt betritt man einen sympathischen Mikrokosmos. Das Leben ist hier noch traditioneller, als wir es in Deutschland (jedenfalls in Bremen, ich weiß ja nicht wie das in Bayern ist Dominik…) kennen. Ich bin immer sehr gerne dort und nicht nur weil sich alle streiten wer mich zum Essen einladen darf, es komplett unmöglich ist irgendetwas selber zu bezaheln, ich mir jedes Jahr die selben Geschichten anhören muss und es gelacht wird als wenn man sie zum ersten mal hört oder man überall ein Baby in die Hand gedrückt bekommt…
Jerusalem ist natürlich einen eigenen (eher mehrere…) Eintrag wert, aber davon gibt es bestimmt schon genug von richtigen Reisebloggern. Ich versuche jedes Mal wenn ich in Israel bin, Jerusalem zu besuchen, da die Stadt einfach einzigartig ist und einen sehr schönen Kontrast zu Tel Aviv darstellt. Die Altstadt, mit der intakten Stadtmauer, den kleinen überfüllten Gassen, dem Felsendom (wer den besichten will, früh hin und anstellen, die Schlangen sind sehr lang und die Besucherzeiten festgelegt https://www.touristisrael.com/temple-mount/), der Grabeskirche, der Klagemauer, dem Grab von König David, dem arabischen Markt…. ist extrem beeindruckend und ich hatte das Glück, dass in der Woche in der ich da war, ein Festival (The Sounds of the Old City) war. Jeden Abend spielten verschiedene einheimische Bands vor verschiedenen Komplexen in der Altstadt. Sehr cool…
Gegen Ende wollte ich eigentlich noch unbedingt in die Westbank aber dafür hat mir leider die Zeit gefehlt. Ich hatte nämlich die Möglichkeit gute Freunde in einer Gruppe zu besuchen, deren Arbeit mir sehr am Herzen liegt und deswegen mache ich hier schamlos Werbung. Die Palestine Circus School versucht die Zirkuskunst in den palästinensischen Gebieten zu etablieren (www.palcircus.ps / oder facebook). Dabei fokussieren sie sich vor allem auf die Arbeit mit kleinen Kinder. Nächstes Jahr planen sie eine Tour in Europa und werden auch in Deutschland auftreten und ich denke mal, dass sie sich auf Besucher freuen… Die Termine könnt ihr auf der Website finden, sobald alles geplannt ist.
Alles in allem sind die drei Wochen in Israel leider viel zu schnell vergangen und ich war sehr froh die Woche am Technion im Russel Berrie Nanotechnology Institute verbringen zu dürfen. Ich empfehle wirklich jedem, dort einmal Urlaub zu machen, wenn er die Möglichkeit hat.
Tel Aviv , Haifa, Eilat, Akko und Jerusalem sind alles sehr beeindruckende Städte und auch die Westbank hat mit Betlehem, Hebron und Ramallah sehr sehr viel zu bieten, wie auch Banksy mittlerweile weiß…
]]>Wenn man einen beliebigen Artikel oder in einem Buch nachschlägt findet man oft die Erklärung das nano griechisch ist und Zwerg heisst und die Strukturen sehr klein sind. Wenn man sich das Verhältnis von der Erde zu einem Fußball vorstellt, stehen der Fußball und die kleinen Nanoteilchen in demselben Größenverhältnis zueinander. Ich habe allerdings das Problem, dass ich mir die Größe der Erde nicht wirklich vorstellen kann und deswegen keine Ahnung von dem Verhältnis habe und auch hilft mir das Wort Zwerg dabei nicht so wirklich weiter… Deswegen versuche ich einen anderen Ansatz: Wichtig ist, dass man sich in der Nanotechnologie mit sehr kleinen Strukturen beschäftigt!! Diese sind so klein, dass man sie nur mit bestimmten Mikroskopen sehen kann. Das Faszinierende ist, dass Aufgrund der geringen Größe gewisse Dinge passieren können.
Wenn man Strukturen kleiner baut spart man Platz!
Das kling zwar sehr trivial, ist aber tatsächlich einer der Gründe warum Nanotechnologie bisher schon einen großen Beitrag im täglichen Leben leistet. Bei der Herstellung von Prozessoren hängt die Prozessorleitung von der Größe der Leiterbahnen ab. Je kleiner diese Leiterbahnen sind umso mehr bekommt man auf einen Prozessor, umso stärker wird der Prozessor. Daher ist die Nanotechnologie unentbehrlich für die Erfüllung des Mooreschen Gesetz und leistet schon seit Jahren einen wichtigen Beitrag zur Herstellung moderner Prozessoren.
Wenn Strukturen kleiner werden, steigt deren relative Oberfläche!
Dies ist eine ganz wichtige Eigenschaft. Es gibt Prozesse oder Phänomene, die von dem Volumen eines Körpers abhängen und welche die von der Oberfläche abhängen. Ein einfaches Bespiel: Wenn man sich auf die Waage stellt, interessiert mich die Fläche meiner Haut wenig, sondern eher mein Volumen. Denn mein Gewicht hängt von meinem Körpervolumen ab. Wenn ich mich in der Sonnen bräunen möchte, interessiert mich mein Volumen weniger sondern die Fläche meiner Haut, die ich unter die Sonne legen will. Diese Unterscheidung von Eigenschaften ist in der Nanotechnologie sehr wichtig.
Dazu ein kleines Gedankenexperiment: ich möchte gerne zwei mal 100 g Käse im Ofen schmelzen (warum auch immer…). Allerdings habe ich einmal ‘ein 100 g Stück‘ und beim zweiten Versuch ‘zehn 10 g Stückchen‘. Wie man sich leicht vorstellen kann werden die zehn 10 g Stücke wesentlich schneller flüssig sein, denn die zehn kleineren Stückchen stellen insgesamt mehr Oberfläche zur Verfügung (die relative Oberfläche des Käse steigt) an der die warme Backofenluft den Käse erwärmen kann (ich hab das Experiment allerdings noch nicht durchgeführt, die Hostelbetreiber motzen immer). Dieses Gedankenexperiment kann man auf Nanotechnologie übertragen, je kleiner Teilchen werden und Nanoteilchen sind sehr klein, umso größer wird deren relative Oberfläche. In der Industrie gibt es eine ganze Reihe an Prozessen, in denen diese Oberflächeneffekte sehr wichtig sind. Deswegen spielt (wird spielen…) die Nanotechnologie dort eine wichtige Rolle eine sehr wichtige Rolle.
Physikalische Effekte sind Größenabhängig!
Das ist eigentlich der spannendste Teil der Nanotechnologie. Physikalische Effekte hängen oft von der Größe ab. Gravitation z.B. ist für große Körper sehr wichtig. Deswegen beschäftigen sich Astronomen auch gerne mit Gravitation. In der Nanotechnologie ist die eher unwichtig. Allerdings sind Nanostrukturen in Größenbereichen in denen Effekte auftreten können die wir bei konventionellen (größeren) Strukturen so nicht beobachten. Ein einfaches (aber gutes) Beispiel ist die Interaktion mit Licht. Die Wellenlänge von sichtbaren Licht liegt etwa zwischen 380-780 nm. Da Nanostrukturen deutlich kleiner sein können, ändert sich ihre Interaktion mit den Lichtwellen. Das kann dazu führen, dass sie z.B. ihre Farbe ändern. Das prominente Beispiel ist Gold. Gold als Nanoteilchen ist nicht mehr gold sondern rot, macht man die Teilchen noch kleiner werden sie blau. Diese Effekte wurden früher schon in Kirschenfenstern ausgenutzt. Das rot was man in alten Kirchenfenstern sieht, ist eigentlich Nanogold. Farbpigmente waren früher nicht einfach herzustellen und Gold kleinzumahlen war eine einfache Methode, das wichtige Rot für Kirchenfenster herzustellen.
Und damit komme ich auch zu meinem vierten Punkt:
Nano ist nicht neu!
Wie man von den alten Kirchenfenstern erahnen kann, ist Nanotechnologie nichts was wir in den letzten 20 Jahren erfunden haben. In Autoreifen spielen sie schon seit Jahrzehnten eine wichtige Rolle und auch Degussa hat schon in den fünfziger Jahren mit ihren submikron-Partikeln (was nichts anderes als Nanoteilchen sind) geworben. Auch wenn Nanotechnologie oft als etwas sehr neues dargestellt wird, benutzen wir Nano schon sehr lange. Neu ist nur, dass sich durch den technischen Fortschritt und den gezielten Investitionen in die Forschung die Nanotechnologie extrem schnell weiterentwickelt und dadurch in vielen neuen Branchen Einzug erhält.
Es gibt Geschichten aus der Zeit des dritten Kreuzzuges (1189-1192), dass Saladin auf König Richard Löwenherz getroffen sei. Saladin wollte Richard, der das Schwert Excalibur trug, von der Überlegenheit seines eigenen Schwertes überzeugen. So nahm er ein Seidentuch warf es hoch und zerteilte es mit seiner Klinge in der Luft. Ob sich diese Geschichte wirklich so zugetragen hat ist fraglich, aber die Klingen aus Damaszener Stahl waren für ihre Schärfe und Festigkeit bei den Kreuzfahrern gefürchtet. 2006 hat eine Forschergruppe um Prof. Paufler von der Technischen Universität Dresden gezeigt, dass in dem Damaszener Stahl winzige Fäden aus Zementit umhüllt von carbon nanotubes befinden. Diese kleinen, aber sehr harten Fäden in Kombination mit dem weichen Stahl verliehen den Damaszenerklingen wahrscheinlich ihre außergewöhnlichen Eigenschaften (der Nachweis muss allerdings noch erbracht werden). Die damaligen Handwerker fertigten, ohne es zu wissen, Nanotubes durch empirische Optimierung ihrer Schwertbearbeitungsprozedur an (Reibold, M. et al. (2006), Nature, 444, 286).
Noch früher, vor über zweitausend Jahren, haben die Chinesen durch einfache Verbrennung Nanoteilchen erzeugt, die sie als Farbpigmente benutzt haben. Durch Verbrennung wurde Ruß erzeugt, der nanogroße Kohlenstoffteilchen enthält. Diese wurden dann auf Planen aus der Luft gefiltert und schließlich von der Plane heruntergekratzt (siehe Bild). Diese Farbpigmente wurden später z.B. beim Druck des größten Schatz der Harvard Bibliothek, einer originalen Gutenbergbibel (welche ich hoffentlich noch besichtigen kann) benutzt.
Ich hoffe mit diesem Artikel kann ich einen kurzen Einblick in, was Nanotechnologie eigentlich ist, geben. Das Thema ist leider zu umfangreich, um es umfassend in so einem kurzen Artikel zu beschreiben. Für diejenigen die sich mehr für das Thema interessieren empfehle ich einfach nach entsprechenden Büchern zu suchen. Besonders das Buch Beute (Prey) von Michael Crichton hat mir sehr gut gefallen. Micheal Crichton hat unter anderem die Bücher Jurassic Park, sowie die Vorlage zu Emergency Room geschrieben. In Beute (Prey) gibt er auf sehr fundierte und spannende Weise einen Einblick in die Nanotechnologie und wie Nanoroboter die Welt bedrohen.
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Aus Geldgründen bin ich nur kurz in Zürich geblieben und dann schnell weiter nach Genua gefahren. Es ist glaub ich bezeichnend, dass der günstigste Ort den ich in der Schweiz gefunden habe, das Bordbistro im italienischen Zug war…Die Zugstrecke durch die Alpen ist extrem sehenswert und führt durch den Gotthardtunnel, dem mit 15.003 m längsten Tunnel der Welt. Im Tunnel ist es aber einfach nur dunkel, daher fand ich es weniger spektakulär als die Landschaft davor und danach…
Leider ist mein Handy gerade in Israel abhandengekommen (wahrscheinlich der selbe Typ der mein Kulturbeutel hat…). Daher sind meine Bilder für diesen und den nächsten Beitrag leider etwas begrenzt, aber ich glaube ich kann etwas improvisieren…
In Genau verbrachte ich ebenfalls nur einige Tage und besuchte Prof. Paolo Facci. Er ist dort Professor am Biophysikalischen Institut der Universität von Genua. Da ich in letzter Zeit meistens Gruppen besucht habe, die mit Nanopartikeln (also kleinen Nanoteilchen) arbeiten, war es sehr interessant mal ein komplett andere Sichtweise auf die Nanotechnologie zu bekommen. In der Biophysik werden physikalische Methoden zur Untersuchung biologischer System verwendet. Einfaches Beispiel ist die Alkoholkontrolle der Polizei (die vielleicht mehr Biophysiker einstellen sollte…). Dabei beschäftigen sich viele Biophysiker (wie z.B. Paolo Facci) mit Biomolekülen. Das sind sehr große Moleküle, die lebende Organismen darstellen können, oder auch Proteine, wie z.B. Antikörper oder kleine Moleküle die natürlich entstanden sind. Das interessante ist, das Biophysiker sich dadurch automatisch mit Nanotechnologie beschäftigen (siehe Bild unten). Denn diese Biomoleküle befinden sich in der Größenordnung einiger Nanometer.
Das erste was ich von Genua gesehen, nachdem ich den Bahnhof verlassen habe, war eine recht große Kolumbusstatur, die ich nicht so recht einordnen konnte. Später habe ich dann (auf Wikipedia) erfahren, dass Kolumbus in Genua geboren wurde, was mir meine Reise etwas versüßte: Von Einsteins Unistadt zu Kolumbus Geburtsstadt, könnte schlimmer sein…
Nachdem ich eine Laborführung bekomme habe und das Institut besichtigen durfte, habe ich mit verschiedenen Wissenschaftlern aus der Gruppe gesprochen. Dabei hat mir ein Forschungsfeld besonders gefallen. Die Gruppe um Paolo Facci benutzt Antikörper als Biosensoren. Antikörper können sich an bestimmte Antigene binden (Ich empfehle: Es war einmal das Leben Folge 3, Das Abwehrsystem auf Youtube). Die Antigene können z.B. auf Bakterien oder anderen Fremdkörpern sitzen. Antikörper deswegen als Sensoren zu benutzen um bestimmte Fremdkörper zu erkennen, ist also sehr naheliegend. Prof. Facci versucht dabei Antikörper mithilfe eines elektrischen Feldes auf bestimmten Oberflächen mit einer sehr hohen Genauigkeit gezielt zu platzieren sie dort festzukleben und zusätzlich zu beeinflussen um die Effizienz des Sensors zu erhöhen.
Antikörper besitzen auf ihrer Oberfläche selber elektrische Ladungen, das macht sie sensibel für elektrische Felder. Im unteren Bild sieht man wie Antikörper auf einer Goldoberfläche sitzen. Die Antikörper sehen wie kleine ‘y‘ aus. Die beiden Arme die nach oben zeigen können mit den Antigenen reagieren. Wie man auf dem Bild sieht kann man mit Hilfe des elektrischen Feldes (negativ oder positiv) beeinflussen wie weit die Arme nach oben ausgestreckt sind. Wenn die Arme weiter nach oben zeigen können die Antikörper besser mit den Antigenen interagieren. Die Arbeit von Prof. Facci ist sehr interessant um smarte Biooberflächen für die Nanomedizin herzustellen. Deswegen war ich sehr dankbar etwas über diese Gebiet lernen zu können.
Während ich in Genua war, war zufälligerweise gerade die Biophysikalische Woche. Bei diesem Event geht es darum die Kommunikation mit der Wissenschaftlich interessierten Öffentlichkeit zu verbessern. Deswegen werden jedes Jahr ein Woche lang bestimmte Veranstaltungen angeboten. Da ich selber an Science Slams teilnehme (und dieses Blog schreibe) interessiert mich das Thema sehr und ich wollte schauen wie das in Italien umgesetzt wird. Am selben Abend besuchte ich eine Vortragsreihe in einem kleinen Café. Der Besitzer war früher selber Wissenschaftler und hat deswegen seine Räumlichkeiten zur Verfügung gestellt. Die Vortrage waren zwar alle in Italienisch aber da die Folien sehr gut waren und ich den Tag über ja schon einiges gelernt hatte konnte ich gut folgen. Der Vortragende saß inmitten der anderen und die Vorträge wurden sehr informell bei Getränken und Snacks gehalten. Die Vortragenden waren allesamt erfahrene Wissenschaftler und die Vorträge waren recht seriös. Trotzdem hat mir das Format sehr gut gefallen und es hat mich erstaunt wie viele Leute sich dafür interessieren.
Allerdings bekommt man, wenn man durch die Straßen läuft den Eindruck, dass Italien sich noch nicht ganz von der Eurokrise erholt hat. Dieses Bild zeigt sich leider auch an der Universität. Die Forschungsförderungen sind stark zurückgegangen und die guten Studenten wandern an ausländische Universitäten ab um dort zu promovieren. Es wurde zwar versucht, dem etwas entgegen zu wirken in dem man z.B. in Genua ein neues sehr gut ausgestattetes Zentrum für Nanotechnologie errichtet hat. Allerdings sehen die restlichen Forschungsgruppen wenig von dem zusätzlichen Geld. Für ein Land, das wie Italien über eine große Wissenschaftsgeschichte verfügt und exzellente Wissenschaftler hervor gebracht hat ist dies sehr schade.
Abschließend wir mir auf jeden Fall ein Restaurantbesuch im Gedächtnis bleiben. Das Englischniveau ist in bekanntermaßen nicht so hoch, aber das wird mit der Hilfsbereitschaft und Gastfreundlichkeit wieder ausgeglichen. Während ich als einziger nicht Italiener in einem kleinen Restaurant irgendwo in Genua was essen wollte, standen der Koch und zwei bis drei Bedienungen um meinen Tisch und haben versucht mir die Speisekarte zu erklären…
Ich hoffe ich bekomme die nächsten Artikel schnell geschrieben. Freut euch auf Israel, Holland, Südkorea und Japan!
]]>An der ETH habe ich Prof. Sotiris Pratsinis besucht, der 2011 den renommierten Humboldt-Forschungspreis erhalten hat. Mit über 200 veröffentliche Fachartikeln und Lehrerfahrung an vielen verschiedenen Universitäten, darunter Harvard, Hiroshima, Karlsruhe, Duisburg-Essen, Berkely, Delft und Queensland gilt er als einer der führenden Experten im Bereich flammenbasierte Nanopartikelsynthese. Deswegen habe ich mich natürlich riesig gefreut, dass er sich einen Mittag zeitgenommen hat und mir die Forschungseinrichtung sowie die ETH gezeigt hat. Und die Führung mit ihm war echt ein Erlebnis, dass man nur begeistert sein kann. Eine Sache, die mir an der ETH sehr gut gefallen hat, ist die Tatsache, dass Professoren mehr Freiheiten als an anderen Universitäten genießen. Sie sind nämlich nicht den Fachbereichen untergeordnet. Dies gibt ihnen nicht nur mehr Freiheit in ihrer wissenschaftlichen Entwicklung, sondern ermutigt auch zur Kooperation untereinander, was sich sehr positiv auf die Wissenschaft vor Ort auswirkt.
Die ETH ist sehr beeindruckend. Allein die Gebäude versprühen schon den Drang nach Wissenschaft. Das Hauptgebäude das ab 1858 von Gottfried Semper geplant (auch wenn es später erheblich verändert wurde) erinnert mehr an einen griechische Tempel als an eine Universität. Dazu kommt, dass auch eine Reihe von Nachbauten die Wände im Inneren des Gebäudes schmücken (wie z.B. von der Berliner Museumsinsel). Allein das macht die Besichtigungen zu einem Event.
Prof. Pratsinis beschäftigt sich mit der Herstellung von Nanopartikeln. Die Methode die er benutzt ist ähnlich der Methode die ich schon in meinem Beitrag aus Tampere beschrieben habe, was zeigt wie beliebt flammenbasierte Methoden zur Herstellung sind. Innerhalb der letzten zwanzig Jahre hat er nicht nur wegweisende Forschung in diesem Bereich betrieben und untersucht unter anderem die Wachstumsmechanismen in der Flame (Pratsinis, S.E. (1998) Flame aerosol synthesis of ceramic powders, Prog. Energy Combust. Sci.,24) . Er möchte genau verstehen wie die Nanopartikel wachsen und welche Strukturen sie dabei bilden können. Durch dieses Verständnis ist man in der Lage das Wachstum gezielt zu steuern und den gewünschten Bedürfnissen anzupassen. Dabei hat mir eine Sache besonders gefallen. In der Wissenschaft werden oft neue Methoden auf Laborbasis berichtet. D.h. man zeigt eine neue Methode um etwas bestimmtes herzustellen. Was allerdings aus bleibt ist, ob sich die Methoden auch industriell umsetzen lassen. An der ETH wurde aber genau das gemacht. Es wurden zwei (weltweit einzigartige) Systeme aufgebaut, die Nanopartikel im kg/h Durchsatz herstellen können. Damit konnte gezeigt werden, dass die Methode an der in Zürich geforscht wird von großem industriellen Nutzen ist. Außerdem ist es für die Wissenschaft sehr wichtig zu zeigen, dass es möglich ist Prozesse von der Idee bis zur Marktreife zu entwickeln.
Eine Sache worauf man an der ETH sehr stolz ist, ist die Liste der Abgänger. Neben Wilhelm Röntgen, Fritz Haber und Wolfgang Pauli kann sich die ETH damit schmücken Albert Einstein ausgebildet zu haben. Er hat dort nämlich Physik und Mathematik auf Lehramt studiert. Einstein wird mir auf meiner Reise noch öfters begegnen. Es ist immer wieder interessant zu sehen, wie Einstein es schafft, andere Wissenschaftlern in den Schatten zu stellen und als der Superstar schlechthin zu gelten. Es gibt eine ganze Reihe von Wissenschaftler die sehr wichtige Beiträge zu ihren Forschungsgebieten und unserem Weltbild beigetragen haben, aber keiner ist annähernd so berühmt wie Einstein. Selbst unser mediales Bild des verwirrten Professors beruht auf Albert Einstein und er gilt tatsächlich als der erste mediale Superstar der Wissenschaft.
Für mich als (junger) Wissenschaftler ist Einstein aber nicht nur aus dem Grund interessant, dass man versuchen kann gebildet zu klingen, in dem man seine schlaue Sätze bei Zitate.de nachliest und andauernd zum Besten gibt. Da ich kein theoretischer Physiker, kann ich zwar verstehen das seine Relativitätstheorien sehr wichtig sind, aber dann hört es auch schon auf… Für mich ist Einstein so faszinierend und inspirierend weil er (wie einige andere Wissenschaftler auch) ein sehr klares Ziel vor Augen hatte. Er wusste schon früh womit er sich als Physiker beschäftigen möchte und hat dies trotz aller Hindernisse gemacht. Er hat z.B. den Job beim Patentamt angenommen um finanziell abgesichert zu sein und ein Tag die Woche Zeit für seine Forschung zu haben. Das ist etwas womit sich viele junge Wissenschaftler sehr schwer tun, da es nicht so einfach fällt sich direkt festzulegen. Das Festlegen auf eine bestimmtes Forschungsfeld ist für uns aber unglaublich wichtig um wissenschaftlich Karriere machen zu können. Und das ist es was ich an Einstein bewundere, seine Unnachgiebigkeit und Bereitschaft sich voll auf sein Forschungsgebiet zu konzentrieren.
Aber zurück zu der Forschung von Professor Pratsinis. Eine zweite Anwendung in der Gruppe, die ich super spannend fand ist die E-Nose. Es handelt sich um eine künstliche Nase, die Krankheiten wie z.B. Lungenkrebs riechen kann!!!
Man hat festgestellt, dass sich die Zusammensetzung der Atemluft bei bestimmten Krankheiten verändert. Wenn man z.B. an Lungenkrebs erkrankt ist, befindet sich mehr Formaldehyd in der Atemluft. Bei Patienten die an Lungenkrebs erkrankt waren befindet sich eine (Median-) Konzentration von 83 ppb in der Atemluft. Bei gesunden Patienten lag diese bei 48 ppb. Da eine Diagnose aufgrund der Atemluft ohne Bluttest gemacht werden kann, sehr einfach, günstig und schnell ist, ist ein solches Verfahren extrem erstrebenswert Das Problem ist nur das die Konzentration extrem gering ist und darüber hinaus andere Stoffe wie z.B. Ammoniak sich in viel größeren Mengen (400-1800 ppb) ebenfalls in der Luft befinden, die auch mit dem Sensor reagieren können. Diese beiden Gründe machen es bisher unmöglich Krankheiten wie Lungenkrebs an der Atemluft zu detektieren (Güntner et al. (2016) E‑Nose Sensing of Low-ppb Formaldehyde in Gas Mixtures at High Relative Humidity for Breath Screening of Lung Cancer?, ACS Sens.,1).
Prof. Pratsinis ist allerdings in der Lage einen Sensor herzustellen der das kann. Mithilfe des oben beschrieben Flammensynthese stellt er eine hochporöse Schicht aus metalloxidischen Nanopartikel her.
Diese Sensoren machen sich zwei Eigenschaften zu nutze:
Wenn diese Sensoren Marktreif werden, werden sie eine große Verbesserung im modernen Krankenhaus Alltag darstellen und einen entscheiden Beitrag zur Frühdiagnose gefährlicher Krankheiten darstellen. Wie groß das Potential dieser Methode ist, lässt sich auch daran sehen, dass Prof. Hossam Haick vom Technion in Israel (den ich hoffentlich noch besuchen werde…) der schon länger an der E-Nose arbeitet 2015 in die Trust 100 Liste (https://www.socialtech.org.uk) gewählt wurde…
Alles in allem war ich mit meinem Besuch in Zürich sehr zufrieden. Ich war zwar nur einige Tage dort habe aber sehr viel gelernt. Die Besichtigung der Forschungseinrichtungen war extrem beeindruckend und wen man durch die ETH läuft, hat man das Gefühl, dass man durch ein Stück Wissenschaftsgeschichte läuft. Jeder der Chance hat und sich für Wissenschaft interessiert, sollte der ETH unbedingt eine Besuch abstatten. In diesem Sinne:
“Ich mach nie Voraussagen und werde das auch niemals tun.“ –Albert Einstein
]]>Der Vorteil ist, dass ich mehr Zeit hatte Madrid und Umgebung zu erkunden und es lässt sich auf jeden Fall ein gewisser Mentalitätsunterschied zwischen den Spaniern zu Finnland feststellen… In Madrid kann man unglaublich viel Kultur und Geschichte erleben und wenn man irgendwann genug rumgelaufen ist, kann man es sich in La Latina mit Sonne, Bier und Tapas sehr sehr gut gehen lassen… Darüber hinaus gibt es mit dem Retiro-Park einen extrem schönen Ort in dem man gut laufen kann oder den ganzen Tag in der Sonne genießen…
Die Gruppe, die ich besucht habe forscht an der Universität Carlos III zu Madrid. Die Gruppe, in der auch mein Gastgeber Dr. Jesús Gómez Hernández arbeitet, beschäftigt sich zwar nicht mit Nanotechnologie, allerdings ist das Forschungsgebiet nicht minder interessant. Sie forschen an Solarturmkraftwerken. Da Spanien mit über die meiste Sonneneinstrahlung in Europa verfügt, ist das Interesse an sonnengetriebenen erneuerbaren Energien natürlich sehr groß. Während wir uns in Deutschland dabei fast nur auf Solarzellen konzentrieren (in denen Nanotechnologie eine wichtige Rolle spielt :)), wird in Spanien auch in großem Maße an den Solartürmen geforscht. Die Kraftwerke haben es sogar schon in dem genauso schlechten, wie unterhaltsamen Film: Sahara – Abenteuer in der Wüste; auf die Hollywoodleinwand geschafft…Um elektrischen Strom zu erzeugen, nutzen Solartürme eine riesige Fläche von Spiegeln (sog. Heliostate) die Sonnenlicht konzentrieren. Mit dem konzentrierten Sonnenlicht wird Wärme erzeugt, die wiederrum in elektrischen Strom umgewandelt wird. Daher bestehen Solartürme generell aus drei Teilen: 1.) den Heliostaten 2.) dem Absorber 3.) einem Generator.
Der Großteil der heutigen Forschung beschäftigt sich mit der Verbesserung der Heliostate, da diese ungefähr 50% der Investitionskosten des Kraftwerks ausmachen. In der Gruppe in Madrid wird allerdings an dem Absorber geforscht, bzw. an der Umwandlung der Sonnenstrahlung zu Wärme. Dabei werden zwei Ansätze verfolgt. Ersten kann ein genaues Verständnis, der Umwandlung von Sonnenstrahlung zu einer Einsparung der benötigten Spiegelfläche führen und zweitens sind die Absorber erheblichen Stress ausgesetzt, der zu Materialermüdung führen kann. Stehen die Solartürme in der Nordhalbkugel (wie z.B. in Spanien), wird die Nordseite des Turms der intensivsten Strahlung ausgesetzt, das heisst, dass die Wärmeeinstrahlung dort am Stärksten ist. Zusätzlich befindet sich innerhalb des Absorbers ein Rohrnetzwerk in dem eine Flüssigkeit erwärmt wird. Da jeder zweitklassige Mallorca-Schlagersänger weiß, dass die Sonne am stärksten Mittags strahlt, der Stromverbrauch aber Morgens und Abends am höchsten ist, braucht man eine Flüssigkeit die Wärme lange Speichern kann. Deswegen benutzen moderne Solartürme Flüssigsalz. Es konnte bereits gezeigt werden, dass durch die Benutzung von Flüssigsalz Strom mehrere Stunden ohne Sonneeinstrahlung erzeugt werden konnte, da man die erzeugte Wärme lange speichern kann. Wie sich die Wärme aber in dem Flüssigsalz verteilt ist noch weitgehend unklar. In einer Studie konnten die Forscher aus Madrid z.B. zeigen, dass sich auch die Vorderseite der Rohre im Vergleich zu deren Rückseite wesentlich stärker erwärmen (Rodriguez-Sanchez, M.R. et al. (2014) Appl. Therm. Eng., 63, 428-438 ). Beide Effekte, die einseitige Erwärmung an der Nordseite des Absorbers, sowie die unterschiedliche Erwärmung der Rohre innerhalb des Absorbers können zu massiven Belastungen am Material führen.
Wie gefährlich das sein kann, hat sich am 19. Mai 2016 am Solarturm Ivanpah in den USA gezeigt. Als das Sonnenlicht auf die falsche Stelle des Absorbers reflektiert wurde, brach ein Feuer aus, das Rohrleitung im Absorber geschmolzen hat. Daher ist die Forschung in Madrid nicht nur für das grundlegende Verständnis der Vorgänge im Absorber wichtig, sondern auch aus ökonomischen und sicherheitsrelevanten Gründen.
Da ich mit den Grundlagen der Wärmeübertragung zwar aus dem Studium vertraut bin, mich seit dem allerdings nicht mehr wirklich damit beschäftigt habe, habe ich erstmal etwas recherchiert und dabei bin ich auf etwas sehr interessantes gestoßen. Konzentrierte Sonnenstrahlung ist nichts besonders neues. Römische Geschichtsschreiber der Antike beschreiben, dass Archimedes bei der Belagerung seiner Heimatstadt Syrte (einer Hafenstadt) die römischen Schiffe mit einem Todesstrahl/Hitzestrahl verbrannt hat (siehe Zeichnung oben). Diesen Hitzestrahl hat er, genau wie in dem Solarturm, durch die Konzentration von Sonnenlicht auf die römischen Holzschiffe erzeugt. Seit langem schon gibt es Bemühungen herauszufinden ob dies tatsächlich möglich war. Der griechische Forscher Dr. Ioannis Sakkas hat 1973 z.B. gezeigt, dass es durchaus machbar ist und mutmaßte, dass die Griechen ihre polierten Bronzeschilder als Spiegel benutzten (Die Zeit vom 30. Nov. 1973). Vor einiger Zeit wollten dann die MYTHBUSTER’s dieser Geschichte auf den Grund gehen (SE02E08) und kamen zu dem Ergebnis, dass es sich nur um eine Legende handeln kann:
Interessant wurde es jedoch wieder, als Studenten vom MIT, angeregt durch die Fernsehserie, 2005 zeigten, dass es doch möglich ist ein Holzschiff mithilfe von Spiegeln zu entflammen. Woraufhin die MYTHBUSTER diese Thema erneut aufgriffen und die Studenten einluden ( SE04E03), diesmal mit gemischten Ergebnissen. Bisher konnte also noch nicht komplett geklärt werden, ob Archimedes wirklich zu so etwas in der Lage war…
Da ich noch Zeit hatte, habe ich noch einen Tagesausflug nach Toledo unternommen. Toledo ist eine superspannende Stadt die eine sehr umfangreiche Geschichte hat. Die historische Altstadt ist noch ziemlich intakt und zählt zum UNESCO-Weltkulturerbe. Im Mittelalter galt Toledo aufgrund der liberalen Religionspolitik als “spanisches Jerusalem”. Im Zentrum stand die Förderung der Wissenschaften was die Stadt für mich natürlich umso interessanter machte. Toledo verlor 1561 jedoch seine zentrale Bedeutung als Felipe II den Regierungssitz nach Madrid verlegte um unabhängiger vom Einfluss der Kirche zu sein. Toledo ist außerdem bekannt für seine Handwerk besonders für seine Schwertschmiedekunst. Schwerter für Hollywoodfilme werden heutzutage in Toledo hergestellt. Deswegen kann man auch in den Tourishops reihenweise Schwerter aus Herr der Ringe, Gladiator usw. kaufen. Da ich allerdings noch ein paar Flüge vor mir habe, habe ich darauf verzichtet mich mit Schwertern einzudecken…
Spanien ist auf jeden Fall immer ein Urlaub wert und ich fand es superspannend mehr über Solartürme zu lernen, da sie unverzichtbar für einen gesunden Energiemix sein werden. Darüber hinaus habe ich mich auch sehr gefreut noch Prof. Javier Rodríguez-Rodríguez kennen zu lernen. Er ist ein Mensch der Wissenschaft richtig lebt und andere Leute mit seiner Begeisterung ansteckt. Was ich sehr faszinierend fand war, dass er neben seiner normalen Forschung (der Wechselwirkung von Blasen miteinander und Wellendynamik) auch Fragen aus anderen Bereichen nachgeht. Z.B. hat er untersucht, wie sich Schnecken bewegen oder warum Bier schäumt, wenn man mit einer Flasche auf die Öffnung einer zweiten Flasche haut. Die Untersuchungen dieser Studien sind in sehr renommierten Zeitschriften veröffentlicht worden (Rodríguez-Rodríguez et al. (2014), Phys. Rev. Lett., Physics of Beer Tapping, 113). Als wir abends mit der gesamten Gruppe noch Essen waren, haben Javier und ich uns den halben Abend Gedanken über die wissenschaftliche Lösung bestimmter Probleme gemacht, die hoffentlich auch bald publiziert werden, bis der Rest der Gruppe uns dann irgendwann aktiv integriert hat….
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In Finnland bin ich nach Tampere gereist. Tampere ist die drittgrößte Stadt in Finnland und wird auch als das Manchester des Nordens bezeichnet, da es früher einen großen Industriesektor hatte. Mittlerweile wurden Großteile der Industrie durch den IT Sektor ersetz, aber die Fabrikgebäude in mitten der Stadt sind immer noch vorhanden und auch wenn sie heute andere Verwendung finden, fügen sich die Schornsteine der alten Fabriken ins Stadtbild ein.
An der Technischen Universität von Tampere habe ich Prof. Jyrki Mäkelä besucht. Von seiner Gastfreundlichkeit durfte ich mich allerdings schon am Vorabend überzeugen, als ich eine kleine Führung durch den Kern von Tampere und anschließend eine Einladung zu dem lokalen Essen Tamperelainen/Mustamakkara bekommen habe. Seit 2010 ist er Professor für Aerosolphysik und seit 2014 auch Leiter des Physik-Department. Aerosole sind kleine Teilchen (Nanoteilchen) die in der Luft vorkommen. Geläufiger ist der Begriff Feinstaub. Prof. Mäkelä hat mehrere Publikationen in dem sehr respektablen Nature Journal (wo eigentlich jeder Wissenschaftler gerne publizieren möchte), die sich mit der Entstehung von natürlichen Aerosolen in der Atmosphäre beschäftigen. Aber er beschäftigt sich noch mit weiteren Forschungsschwerpunkten. In Tampere wird ein Prozess namens Liquid Flame Spray benutzt um Oberflächen mit Nanoteilchen zu beschichten. Diese Flammenreaktoren sind in der Nanotechnologie sehr beliebt, da sie große Mengen an Nanoteilchen herstellen können und relativ wenig Abfallprodukte erzeugen. Der einfachste Flammenreaktor ist eine Kerze. Der entstehende Ruß ist nichts anderes als Nanoteilchen (Worauf ich in einem späteren Beitrag noch etwas mehr eingehen werde). Wenn man allerdings mehr als Ruß herstellen möchte, reicht ein Kerzendocht nicht mehr aus und der Reaktor wird etwas komplizierter.
Eine erste Anwendung in der Gruppe war das Besprühen von Glaskörpern aus ästhetischen Gründen. Dabei wurde während des Herstellungsprozess eine Pause eingelegt, in der Teile des Glasrohling mit einer Schicht aus Nanoteilchen besprüht wurde. Danach wurde das Glas fertiggestellt. Die dünne Schicht aus Nanoteilchen interagiert mit dem Licht und kann dadurch nette optische Effekte erzeugen:
Neben der optischen Veränderung von Glaskörpern, gibt es aber noch eine Reihe weiterer Anwendungen. Eine, die für mich super spannend war (da ich mich teilweise auch selber damit beschäftige), ist die Erzeugung von selbstreinigenden Oberflächen. Auf selbstreinigenden Oberflächen bildet Wasser Tropfen (unsere Haut kann dies in gewissem Maße auch, dürft ihr gerne das nächste Mal unter der Dusche beobachten). Die Wassertropfen rollen dann von der Oberfläche herunter und nehmen Schmutz, der auf der Oberfläche liegt, einfach mit.
Das Oberflächen sich selbst reinigen können ist schon sehr lange bekannt, das Phänomen wurde aber erstmals durch den Einsatz von Elektronenmikroskopen von dem Botaniker Wilhelm Barthlott in den Siebzigern anhand von Lotusblütenblättern untersucht, weswegen oft auch der Begriff Lotuseffekt benutzt wird. Da in selbstreinigenden Oberflächen enormes Potential gesehen wird, gibt es sehr große Forschungsbemühung das Lotusblatt zu kopieren und in verschiedenen Bereichen sind auch schon zahlreiche Produkte auf dem Markt. Ich freue mich zum Beispiel immer wieder, wenn mir jemand zu meinen neuen Sneaker ein “Nanospray“ das meine Schuhe säubert verkaufen will…
Damit Oberflächen selbstreinigend sind, müssen sie hydrophob sein. Hydrophob heisst, dass sie Wasser (bzw. die Wassermoleküle) abstoßen, nur dann kann Wasser einen Tropfen auf einer Oberfläche bilden. Wenn eine Oberfläche nicht hydrophob ist, ist sie hydrophil, d.h. sie zieht Wasser an und Wasser benetzt die Oberfläche komplett anstatt einen Tropfen zu bilden. Ich möchte hier nicht zu sehr ins Detail gehen, das Wichtige ist, dass sehr viele Wissenschaftler versuchen hydrophobe oder superhydrophobe (wenn schon dann richtig…) Oberflächen herzustellen. Um das können wissen wir schon seit Barthlott, das zwei Faktoren sehr wichtig sind: 1. Die chemischen Eigenschaften der Oberfläche 2. Die Struktur der Oberfläche. Es hat sich gezeigt, das besonders Nanostrukturierte Oberflächen sehr gute hydrophobe Eigenschaften entwickeln können und tatsächlich verfügt das Lotusblatt auch über eine Nanostruktur. In der Wissenschaft gibt es derzeit große Diskussion, was wichtiger für den Selbstreinigungseffekt ist, die chemischen Eigenschaften der Oberfläche oder die Nanostrukturierung (Ich bin natürlich Team Nano…).
Das Thema ist so spannend, dass ich ohne Probleme Seiten damit füllen könnte (bei Bedarf mache ich das gerne…), ich versuch mich allerdings auf den Ansatz in Tampere zu beschränken.
Die Forscher unter Prof. Mäkelä besprühen mit der Liquid Flame Spray Technik verschiedene Oberflächen mit einer Schicht aus kleinsten Nanoteilchen. Was ich super cool fand ist, dass sie nicht die gängigen Oberflächen wie z.B. Fensterscheiben besprühen, sondern ihren Fokus auf Werkstoffe, die in Finnland eine wichtige Rolle spielen legen. Sie haben z.B. Papier oder Holz mit einer hydrophoben Schicht besprüht (beide Industriezweige sind historisch sehr wichtig in Finnland). Mit ihrer Ansatz können sie bis zu 200 Meter Papier pro Minute besprühen. Diese selbstreinigende hydrophobe Schicht wirkt auf dem Papier (und auf dem Holz) wie ein Schutzschild, da beide Materialien sehr anfällig für Wasser und Feuchtigkeit sind. Die Nanobeschichtung führt im Prinzip dazu, dass Wassertropfen nur noch wenig Kontaktpunkte mit dem Wassertropfen haben und dadurch die Benetzung extrem erschwert wird.
Nach meinem Besuch an der Uni wollte ich noch die finnische Sauna ausprobieren. Und das ist wirklich mal ein Erlebnis. Die Finnen sind ja allgemein nicht dafür bekannt, dass sie jeden der ihnen begegnet direkt in Smalltalk verwickeln und dieses Eindruck hatte ich während meines Besuches auch (auch wenn das nicht im Zusammenhang mit der Freundlichkeit steht). In der Sauna sieht es allerdings ganz anders aus. Es ist ziemlich laut und sehr eng. Dazu wird, im Gegensatz zu Deutschland, nichts untergelegt und die Saunen sind nicht FKK. Man sollte also keine Berührungsängste haben… aber es lohnt sich.
Für mich war der Finnlandbesuch sehr lohnenswert. Das Thema selbstreinigende Oberflächen ist super spannend und aktuell. Zu sehen, wie die Oberflächen beschichtet werden, war schon beeindruckend. Aufgrund der Nähe unserer Forschungsfelder haben sich schöne Synergieeffekte ergeben was für mich natürlich ein netter Nebeneffekt ist und auch kulturell ist Finnland ein sehr interessantes Reiseziel.
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…Es waren allerdings die irischen und nicht schottischen Fußballfans die dies skandierten. Daher kann meine Reise von Schottland nach Schweden leider nicht mit diesem Statement erklären, trotzdem habe ich mich sehr gefreut auch mal eine weibliche Professorin zu besuchen. Trotz großer Bemühungen an den Universitäten ist der Frauenanteil in der Forschung im Ingenieurwesen noch sehr gering (allerdings kann es zwischen den verschiedenen Fachrichtungen durchaus stark schwanken). Prof. Lilian de Martin ist seit Sommer 2016 Assistant Professor an der Chalmers University of Technology in Göteborg. Nachdem Sie in Spanien promoviert hat, durchlief sie Forschungsstationen in den Niederlanden und England an dem renommierten University College of London (UCL). Auf meine Frage ob das Geschlecht bei hrer Berufswahl eine Rolle spielte, antwortet sie: “Eine Frau zu sein spielt bei keiner meiner Entscheidungen eine Rolle, z.B. bin ich in London einem Schachklub beigetreten, der größtenteils aus männlichen Rentnern bestand.” Das sie dies tatsächlich ernst meint, merkt man, wenn man mit ihr über Wissenschaft diskutiert. Dann leuchten ihre Augen und es zeigt sich, dass Wissenschaft mehr Passion als Beruf ist.
Ihr Forschungsgebiet ist super interessant: Kleinste Nanoteilchen die wir schon seit vielen Jahren in Lacken, Kosmetikprodukten oder Autoreifen benutzen bilden oft größere hierarchisch aufgebaut Strukturen. Diese Strukturen werden Fraktale genannt und Fraktale sind extrem spannend:
Fraktale scheinen auf den ersten Blick willkürlich zu wirken, doch jedes besteht aus einem einzigen geometrischen Muster, das tausende Male in verschiedenen Vergrößerungen wiederholt wird, wie russischen Matrjoschka Puppen, die ineinander verschachtelt sind.
Auch wenn das Konzept erst in den 70er von Benoit Mandelbrot in ‘The Fractal Geometry of Nature‘ beschrieben wurde, haben wir als Menschen ein natürliches Gefühl für Fraktale. Das liegt daran das Fraktale sehr häufig in der Natur vorkommen. Bäume, Schneeflocken, Gebirgs- oder Küstenabschnitte, alle bilden fraktale Strukturen. Fraktale sind selbstähnlich, d.h. sie zeigen bei Vergrößerung dieselben Formen auf wie in der Originalgröße.
Die Entstehung dieser fraktalen Strukturen in der Nanowelt geschieht allerdings nicht willkürlich, sondern unterliegt gewissen Gesetzen, die wir bis heute noch nicht vollständig verstanden haben. Wenn wir verstehen, wie sich kleine Nanoteilchen zu größeren Strukturen zusammenbauen, wären wir in der Lage das Aussehen dieser Strukturen genau zu steuern. Dies hätte weitreichenden Einfluss auf z.B. Solarzellen, Brennstoffzellen oder Sensoren. Ebenso in der Bionik spielen diese Strukturen eine sehr wichtige Rolle.
In einem sehr vereinfachten Beispiel könnte man sich vorstellen, dass wir eine Kiste von Legosteinen haben (mein liebstes Spielzeug als Kind…). Wenn wir jetzt diese Steine einem Vierjährigen geben, können wir zwar bestimmen welche Farbe, Größe und Form die Steine haben die wir ihm geben, aber wir haben nur eine ungefähre Ahnung, was er damit bauen wird. Wollen wir gerne eine Ritterburg haben, wäre es recht praktisch, wenn wir dem Vierjährigen eine Anleitung geben könnten (die er auch versteht…) und dadurch das Endergebnis bestimmen können.
Die Kiste Legosteine stellt in diesem Beispiel die kleinen Nanoteilchen da und tatsächlich verfügen wir heutzutage schon über diese Kiste und können auch Farbe (oder eher Material), Größe und Form sehr gut bestimmen. Der zweite Schritt, dass zusammenbauen größerer Strukturen aus diesen kleinen Nanoteilchen, das können wir noch nicht so gut und genau darauf zielt die Forschung von Prof. de Martin ab.
Vor kurzem konnte sie zum Beispiel zeigen, dass sich die fraktale Form, der aus kleinen Nanoteilchen zusammengesetzten Strukturen, mit der Größe der Strukturen ändert (de Martin et al. (2014) Multidimensional Nature of Fluidized Nanoparticle Agglomerates, Langmuir, 30). Dieses Verhalten ist eigentlich untypisch für Fraktale, da es dem Prinzip der Selbstähnlichkeit widerspricht und von daher bin ich sehr gespannt was sie in den nächsten Jahren noch so über fraktale Nanostrukturen berichten wird.
Auch aus einem anderem Blickwinkel sind Fraktale in der Nanotechnologie interessant. Nanotechnologie beansprucht für sich eine Querschnittstechnologie zu sein, die nicht einer spezifischen Disziplin zugeordnet werden kann. Biologen, Chemiker, Physiker, Ingenieure (Wirtschaftsingenieure…) alle können Nanotechnologen sein. Fraktale sind hier der Nanotechnologie weit voraus und kommen tatsächlich überall vor. In diesem Zusammenhang ist Jackson Pollock sehr interessant. Er malte Bilder (oft im Alkoholrausch), die die Menschen sehr gespalten haben. Einige zerrissen seine Kunst als albernes Zeug von einem Betrunken, andere konnten sich der Schönheit seiner Bilder nicht entziehen.
Mittlerweile hängen seine Bilder im MoMa in New York und sind Millionen Wert. Es zeigte sich das Pollock (bewusst oder unbewusst) Fraktale gemalt hat. Deswegen empfindet man Pollocks Bilder beim Betrachten auch als schön. Die fraktalen Formen kommen uns aus der Natur bekannt vor. Leute die versucht haben seine Bilder zu kopieren, sind daran gescheitert. Seine Nachahmer haben zwar ähnliche Bilder gemalt, es aber nicht geschafft fraktale Formen zu erschaffen, das schaffte nur Pollock.
Ich könnte hier noch Seiten schreiben, aber ich hoffe, dass die Grundidee verständlich ist. Trotzdem lege ich jedem der sich (jetzt :D) für Fraktale interessiert, die folgende Dokumentation ans Herz:
https://www.youtube.com/watch?v=Mg-N82qhatc
Nachdem ich an der Chalmers mit meinem Besuch fertig war, wollte ich auf dem Weg nach Finnland unbedingt noch Stockholm besuchen. Und es hat sich gelohnt. Stockholm ist, meiner Meinung nach, wesentlich schöner (siehe Bild unter der Überschrift…) als Göteborg (kein Bild unter der Überschrift…). Oder anders gesagt, in Göteborg muss man sich gut auskennen. Da ich in Göteborg meinen Arbeitsteil fertig hatte, konnte ich mich in Stockholm amüsieren und das macht man als Wissenschaftler im Nobelpreis Museum…Allerdings hatte ich mehr erwartet. Es gibt zwar jede Menge gute Kurzfilme und auch einige Experimente, die man selber ausprobieren kann, aber das Museum ist relativ klein und oberflächlich. Deswegen lohnt es sich eigentlich nur, wenn man sich wirklich für die Thematik interessiert.
Mit einem weinenden Auge geht’s jetzt weiter nach Finnland. Mir hat Schweden sehr gut gefallen. Es war zwar sehr kalt und der Tipp mit dem Zwiebelsystem hat sich wirklich gelohnt (Danke dafür :)), aber das Land ist auf jeden Fall ein Besuch wert. Ich wurde unglaublich freundlich an der Uni aufgenommen und habe viel gelernt.
]]>Nichtsdestotrotz habe ich mich in Edinburgh auf Anhieb sehr wohl gefühlt. Man kann Stunden damit verbringen einfach ziellos durch die Straßen zu streunern und findet überall schöne Ecken. Es kann daran liegen, dass ich als ehemaliger Hamelner einen Hang zu Märchen habe, aber durch den überall präsenten mittelalterliche Charme dieser Stadt würde man sich nicht wundern, wenn zwischen all den Bussen, Taxis und Touristen einfach so ein Einhorn rumlaufen würde, oder Harry Potter auf einem Besen vorbeifliegt. Und tatsächlich kann man hier zahlreiche Pilgerstätten besuchen an denen Joanne K. Rowling an ihren Büchern geschrieben hat. Die Stadt hat so viel zu bieten, dass es mir fast schon schwer fällt über Wissenschaft zu schreiben.
Meine Erwartungen, dass die Universität in dieses Stadtbild passt, Wissenschaft in mit Kerzen beleuchteten Räumen, anhand alter schwerer Folianten gemacht wird, hat sich dann aber leider nicht erfüllt. Die Universität von Edinburgh ist über verschiedene Standorte in der Stadt verteilt, wobei die Natur- und Ingenieurwissenschaften am Rande der Stadt in modernen Gebäuden untergebracht sind.
Mein erster Besuch führte mich zu Dr. Norbert Radacsi. Seit Sommer 2016 ist er Assistant Professor im Institut für Chemieingenieurwesen der Universität von Edinburgh und beschäftigt sich mit dem Einsatz von Nanotechnologie für die Energietechnik. Als Assistant Professor forscht er mit einer kleinen Gruppe aus Doktoranten und Studenten eigenständig und ist nebenbei auch für Lehre zuständig. Sein Lebenslauf zeigt etwas für Wissenschaftler sehr typisches: nach Studium in Ungarn durchlief er unterschiedliche Forschungsstationen in den Niederlanden und den USA. Um wissenschaftlich Karriere machen zu können, stehen Familie und Hausbau aufgrund der erwarteten Flexibilität meistens an zweiter Stelle. Wobei man auch sagen muss, dass die Möglichkeit an so vielen schönen Orten auf der Welt arbeiten zu können nicht immer nachteilig ist.
Dr. Radacsi‘s Forschung zielt unter anderem auf die Verbesserung von Brennstoffzellen ab. Bei Brennstoffzellen geht es allgemein darum chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die gängigste Methode dafür ist Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser reagieren zu lassen, was bereits 1838 von Christian Friedrich Schönbein gezeigt wurde. Im folgenden Video sind die Grundlagen meiner Meinung nach sehr gut erklärt:
https://www.youtube.com/watch?v=SR1KuSWtjmI
Im Prinzip sind Brennstoffzellen also eine super Sache und wurden auch schon während der Apollo 11 Mission eingesetzt oder werden in modernen U-Booten benutzt. Nur leider gibt es große Probleme mit den hohen Material und Herstellungskosten. Hier kommt die Nanotechnologie ins Spiel. Man erhofft sich durch ihren Einsatz Brennstoffzellen günstiger in der Herstellung, effizienter und robuster zu machen.
In Edinburgh wird dafür eine relativ neue Form der Brennstoffzelle, die sogenannte Solid Acid Fuel Cell (SAFC), verwendet. Diese Brennstoffzelle benutzt ganz bestimmte Chemikalien (solid acids) als Elektrolytmembram. Der Vorteil liegt darin, dass sie bei relativ geringen Temperaturen (das heißt ~250°C) und mit verschiedenen Brennstoffen funktionieren. Die geringe Temperatur hat einen positiven Einfluss auf die Lebensdauer der Brennstoffzelle. Allerdings erreichen diese Brennstoffzellen noch nicht den gewünschten Wirkungsgrad (also das Verhältnis von eingesetztem Brennstoff zu erzeugten Strom) um konkurrenzfähig zu sein.
Das größte Problem stellen dabei im Prinzip die Elektrolytmemebranen an sich dar.
Oder wissenschaftlich korrekter:
“…one can surmise that the electrocatalysis reaction is limited to the triple-phase boundaries at which the electrolyte, catalyst and the gas phase are in contact, and where the simultaneous and coordinated transport of electrons, ions, and gas molecules can occur.” Varga et al., J. Mat. Chem., 2010, 20, 6309-6315
Durch die Herstellung sehr dünner poröser Membranen (was man sich bildlich wie einen dünnen Schwamm vorstellen kann) erhofft man sich den Wirkungsgrad verbessern zu können. Die Idee dahinter ist, dass man versucht die Kontaktfläche, an der die Reaktion stattfindet, zu maximieren um dadurch die Reaktion effizienter zu machen.
Genau hier kommt Nanotechnologie ins Spiel. Nanostrukturen bieten eine sehr große Oberfläche ohne selber viel Platz wegzunehmen. Dabei spart man nicht nur den Platz, sondern man kommt auch mit viel weniger Material aus, was wichtig ist wenn man wertvolle Materialien wie z.B. Silber oder Gold verwenden möchte.
Um die gewünschte Nanostruktur herzustellen, benutzt Dr. Radacsi eine Methode namens Electrospinning. Mit dieser Methode kann man sehr feine Nanofäden herstellen. Das Prinzip ist eigentlich ganz einfach. Man hat eine Flüssigkeit in einem Behälter. Die Flüssigkeit kann durch eine Öffnung in dem Behälter auf eine darunter befindliche Platte fließen. Dieser Fluss wird durch eine elektrisches Feld gesteuert. Auf dem Weg härtet sie aus und auf der Platte können die feinen Nanofäden aufgesammelt werden.
Zur Verbildlichung könnte man sich einen Wasserhahn vorstellen, bei dem das Wasser auf dem Weg in den Abfluss eingefroren und die Eiswürfel dann aufgesammelt werden. Die Größe der Eiswürfel hängt allerdings von dem Wasserstrahl aus dem Hahn ab. Aus eigener Erfahrung wissen wir, dass man mithilfe des Hahns den Durchmesser des Wasserstrahls nur sehr schlecht einstellen kann (meistens scheitert es schon an der richtigen Temperatur…). Hier kommt das elektrische Feld ins Spiel, womit man den Strahldurchmeser sehr gut steuern kann. Dadurch ist man in der Lage, statt riesigen Eiswürfeln jetzt sehr dünne Fäden herzustellen. Diese Fäden können ein hochporöses dreidimensionales Netz bilden, wenn man sie übereinander schichtet welches dann in der Brennstoffzelle benutzt werden soll.
Die beschrieben Ansätze zur Verbesserung der Brennstoffzelle klingen sehr vielversprechend und ich bin gespannt ob es der Gruppe um Dr. Radacsi in den nächsten Jahren gelingen wird die erhoffte Wirkungsgradsteigerung zu erreichen. Es war auf jeden Fall nicht mein letzter Besuch in Edinburgh, was nicht nur damit zusammenhängt, dass ich mitterleben durfte wie während des Burns Supper traditionelle schottische Gedichte fehlerfrei rezitiert wurden, obwohl der Vortragende alleine eine Flasche Whiskey innerhalb von 30 Minuten geleert hat. Im weiteren Verlauf des Abends musste er dann allerdings leider entfernt werden…
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Das waren Worte mit denen ich konfrontiert wurde, als ich Freunden von der Idee erzählt habe diesen Blog zu schreiben. Da ich allerdings noch keine Erfahrungen im bloggen habe, muss ich mit der Frage auseinandersetzen, wie ich diesen Blog schreibe ohne es mir mit meinen Freunden zu verscherzen…
Ich forsche derzeit an der TU Delft in den Niederlanden an Nanotechnologie und habe jetzt die Möglichkeit, eine Forschungsreise an verschiedene Universitäten in Europa, Asien und Nord-Amerika zu machen. Nanotechnologie ist eine der Schlüsseltechnologien im 21. Jahrhundert, was sich z.B. daran erkennen lässt, dass die Bundesregierung vergangenes Jahr den Aktionsplan Nanotechnologie 2020 beschlossen hat.
In Delft forschen wir unter anderem an Nanobeschichtungen für verschiedenste Anwendungen wie z.B. selbstheilende Materialien |
Daher möchte ich meine Reise gerne dazu nutzen, euch Einblicke in dieses Forschungsgebiet zu geben. Ich werde euch in den nächsten vier Monaten um den Globus mitnehmen – nach Schottland, Skandinavien, Spanien, Israel (meiner zweiten Heimat), China, Südkorea, Japan und die USA. Ich möchte die Forschung an Universitäten und die Menschen, die dort forschen kennenlernen. Wird eigentlich überall auf der Welt gleich geforscht? Es interessieren mich aber nicht nur die Wissenschaftler und Themen, die wir aus den Medien kennen. Viel mehr interessiert mich, was “gewöhnliche“ Studenten, Doktoranten und Professoren umtreibt und warum sie sich für Nanotechnologie entschieden haben. Warum sollte man sich in seinem beruflichen Leben mit diesem Thema beschäftigen? Erreichen wir dadurch einen erhöhten Lebensstandard? Und wenn ja, in welchen Bereichen?
Die ersten Stationen in den nächsten Wochen: Schottland, Schweden, Finnland, Spanien und Italien |
In der Nanotechnologie beschäftigen wir uns mit sehr kleinen Strukturen. Diese sind so klein, dass man sie nur noch mit bestimmten Mikroskopen sehen kann. Trotz ihrer Größe leisten diese Strukturen jedoch schon jetzt entscheidende Beiträge in der Halbleiterindustrie, als Pigmente oder als Beschichtungen.
Im Laufe des Blogs werde ich mir die Zeit nehmen, etwas detaillierter zu erklären was Nanotechnologie genau ist, aber nicht alles gleich im ersten Beitrag.
Ich hoffe, dass ich mittlerweile euer Interesse geweckt habe und ihr Lust habt mich zu begleiten. Ich freue mich auf jeden Fall extrem auf die nächsten Monate.
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