Generierung einer mikro- und nanostrukturierten Kupferoberfläche mit Lotos-Effekt - Ein Versuch für die Sekundarstufen I und II

Es gibt eine Vielzahl an Produkten auf dem Markt, die durch die Natur inspiriert wurden. Aufgrund der enormen Alltagsrelevanz sollte die relativ neue Wissenschaftsdisziplin Bionik zunehmend Einzug in den Schulunterricht finden. In diesem Artikel wird ein Versuch vorgestellt, mit dem der Lotos-Effekt in den Regelunterricht der allgemeinbildenden Schulen eingeführt werden kann. Durch die Verwendung geeigneter Chemikalien wird eine hydrophile Kupferoberfläche so modifiziert, dass diese superhydrophobe und damit selbstreinigende Eigenschaften aufweist. Für die Erklärung des extrem wasserabweisenden Charakters des modifizierten Kupferplättchens muss die Oberflächenstruktur näher betrachtet werden. Folglich bietet der Versuch die schrittweise Erarbeitung der beobachtbaren Struktur-Eigenschafts-Beziehungen an und kann sowohl in der Sekundarstufe I (Wahlpflichtunterricht) als auch in der Sekundarstufe II (Chemie) eingesetzt werden. Er ermöglicht, einen forschend-entwickelnden Ansatz in den Unterricht zu integrieren. Auch war der Versuch Anlass für Schülerinnen und Schüler, weitergehende experimentelle Fragestellungen zu bearbeiten und ihre Ergebnisse einem größeren Publikum im Rahmen eines Wettbewerbs vorzustellen. Several commercial products are inspired by nature. Because of its enormous everyday relevance, this relatively new scientific discipline bionic should be considered in school teaching. This article presents an experiment in which the Lotus-Effect® is introduced into the regular curriculum of general education schools. By using appropriate chemicals, a hydrophilic copper surface can be modified in such a way that it exhibits self-cleaning properties. In order to explain the extremely water repellant character of the modified copper plate, the surface structure must be examined in more detail. Therefore, the experiment conducts a stepwise development of the observable structure-property relations and can be used both in lower core elective course and in upper secondary school classes (chemistry). It allows an integration of an inquiry-based approach into school lessons. In addition, the experiment was a motivation for school students to further investigate experimental problems and to present their results to a wider audience within the framework of a competition.