STUDERENDES ØVELSESARK TIL EKSPERIMENT D: SUPERHYDROFOBE MATERIALER

Transkript

1 STUDERENDES ØVELSESARK TIL EKSPERIMENT D: SUPERHYDROFOBE MATERIALER Navn: Dato:.. MÅL: - Forstå tilstedeværelsen af nanostrukturer på overfladen af et naturligt materiale og hvordan disse ændrer dets egenskaber. - Nye avancerede materialer som er udviklet på nanoskala til at være superhydrofobe og dets applikationer. - Analyse af funktionelle nanomaterialer under undersøgelse hos inano (gennem en video) - Analyse og praktisk test af en superhydrofob tekstil. FØR DU UDFYLDER DETTE ARK: - Læs baggrundslæsningen til øvelse D. - Stil din lærer et spørgsmål hvis du er i tvivl om noget. MATERIALER: - Forskellige overflader at teste: * 1 mikroskop glas stykke * 1 flade stykker plastic på 10x10cm (skær f.eks. et stykke plastik ud af en plastikfolder) * 1 fladt stykke aluminiumsfolie 10x10 cm * 2 stykker filterpapir * Stykker af tekstiler at sammenligne med (omkring 10x10 cm): - 4 fra Nano-Tex og to andre typer - 3 prøver af 100 % bomuld - 3 prøver af et stykke stof lavet af syntetiske fibre som polyester eller en bomuld-polyester blanding (I denne protokol bruger vi et stykke stof med 70 % polyester og 30 % bomuld) - Forskellige kemikalier til at plet-teste. * 1 glas vand, 1 glas juice og/eller 1 glas cola * Balsamisk vineddike eller vin (1 glas) Side 1 af 14

2 * Madlavningsolie (1 glas) * Ketchup (1 teskefuld) * Sennep (1 teskefuld) * Majonæse (1 teskefuld) * jord (et par håndfulde) - Forskellige planteblade (indsamlet fra skolegården eller tag med hjemmefra) * Et almindeligt planteblad så som vedbend * Et stykke af et lotus- eller nasturtium blad - Laboratorieflasker fyldt med vand - 5 eyedroppers (eller pasteur pipetter) til at påføre væskepletten - Plastikknive eller skeer til at påføre de bløde materialer - En spand af opvaskemiddel og vand (du kan dele den med hele klassen) - Et 10x10 cm stort stykke sandpapir - 1 permanent markørpen - Adskillige plastikkopper til at opbevare kemikalierne i. - Adskillige plastik tallerkener til at komme materialerne på når materialetestene udføres - Papirlim og en saks Sikkerhedsnote: Dette eksperiment gør ikke brug af kemikalier, men almindelige væsker og faste stoffer. Ikke desto mindre er det muligt at kontaminere dig selv, derfor bør hænderne vaskes og alle overflader gøres rene efter brug. Brug retmæssigt beskyttelsesudstyr deriblandt beskyttelse af tøj, handsker og øjenværn. Opsaml alle væsker vaskevand I glas/plastik beholdere og afskaf det I håndvasken. Alle forsøg udføres på egen risiko. Aarhus Universitet (inano) og hele NANOYOU konsortiet tager ingen ansvar for eventuelle følgeskader ved at udføre forsøgene beskrevet her. PROCEDURE Nu starter testen af materialerne, startende med de almindelige materialer arbejdende mod de mere avancerede materialer. Når du undersøger materialet med vand eller andre væsker/faste stoffer, gør det da ved at placere materialet i en plastik tallerken for at opsamle vandet. Skaf dig af med det opsamlede vand mellem hver prøve! 1. Forstå overfladeegenskaber: Hydrofil og hydrofob - Undersøg de fire første prøver: Et stykke glas, et stykke plastic, aluminiumsfolie og filterpapir. Placer et par dråber på hvert af materialerne og skriv dine observationer ned i den følgende tabel: Side 2 af 14

3 Materiale Aluminium Plastik Filterpapir Glas Hydrofil eller Hydrofob? Kommentar Baseret på dine visuelle observationer klassificer da materialerne som hydrofile eller hydrofobe (udfyld tabellen). Spørgsmål 1. Opførte filterpapiret sig som de andre materialer? Hvis ikke, hvorfor? Spørgsmål 2. Indsæt aluminium, plastik og glas på en skala rangerende fra den mest hydrofile til den mest hydrofobe baseret på dine visuelle observationer.. Meget Hydrofil Meget hydrofob Spørgsmål 3.vil du definer nogle af materialerne, der er undersøgt indtil videre, som meget hydrofobe? Hvorfor?.. Side 3 af 14

4 Spørgsmål 4. Skær billederne, der befinder sig på den sidste side i dette dokument, ud og sæt dem ind nedenfor for at lave same skala du just gjorde I Spørgsmål 2. Skriv under hvert foto af materialer hvad du tror det er. 2. Analysis of natural nanomaterials: The lotus leaf (or nasturtium) STEP 1 - Put in one plastic plate a leaf of a common plant you have collected (e.g. ivy). If you have more than one, test each separately. 2. Analyse af naturlige nanomaterialer: Lotusbladet (eller Nasturtium) TRIN 1 - Put et blad af en almindelig plante du har indsamlet (f.eks. edera) på en plastiktallerken. Hvis du har mere end et blad test dem da uafhængigt af hinanden. - Hæld noget vand på hvert blad og observer hvorledes vandet ruller af overfladen. En spand eller en anden beholder bør benyttes for at opsamle vandet, ligesom der bør være papir I nærheden. - Spørgsmål 5: Gør vanddråberne overfladen våd på bladet (er der f.eks. vand tilbage på bladene når du stopper med at hælde nyt på)? Giv svar for hver type blad du har undersøgt. - Spørgsmål 6: Ruller eller glider vanddråberne af bladets overflade?.. Side 4 af 14

5 TRIN 2 - Placer nu et stykke lotusblad eller nasturtium-blad (afhængigt af hvad du har fået udleveret) I en anden plastic bakke. - Spørgsmål 7: Gør vanddråberne overfladen våd (er der f.eks. vand tilbage på bladene når du stopper med at hælde nyt på)? Giv svar for hvert type blad du har undersøgt. - Spørgsmål 8: Ruller vanddråberne eller glider de hen over bladet?.. - Spørgsmål 9: Hvad sker der hvis du placerer bladet horisontalt på bordet og sprøjter vand på?.. - Spørgsmål 10: Kan du få en dråbe til at stå stille på overfladen? Er det let eller svært? Hvad fortæller det dig over overfladeegenskaberne af bladet?... - Placer lotusbladet eller nasturtium bladet under rindende vand. Spørgsmål 11: Bliver bladet vådt selv efter denne behandling?. Spørgsmål 12. Baseret på dine observationer er lotusbladet da mere eller mindre hydrofob end plastik?.. Spørgsmål 13. Hvor vil du placere et foto af kontaktvinklen af et lotusblad (findes i slutningen af dette dokument) på skalaen du lavede i spørgsmål 4. Skær alle billeder ud igen og lav en ny skala nedenfor hvor du igen skriver hvilket materiale der er på billederne. Side 5 af 14

6 STEP 3 - Se NANOYOU Video 4 Lotus Effect -Part 2, som viser modificerede overflader fra inano (Aarhus Universitet), som har overfladeegenskaber lig dem som Lotusbladet (superhydrofobt). Spørgsmål 14. Hvordan gør det porøse silicium materiale, vist I videoen, sig i sammenligning med lotusbladet i termer af overfladeegenskaber? Analyse af et funktionelt nanomateriale. I denne del af eksperimentet vil du analysere et stykke tekstil der er fremstillet til at replicere Lotus Effekten og derved have selvrengørende egenskaber. - Tag 1 stykke af Nano-Tex - og 1 stykke af et normalt bomuldstof. Placer begge i en plastik bakke. - Hæld vand over dem. Hvis muligt brug da et lotusblad til sammenligning. Spørgsmål 15. Udviser Nano-Tex stoffet Lotus Effekten ift. hvorledes vandet gør det vådt?.. - Nu skal du så undersøge Nano-Tex stofprøven og sammenligne den med et stykke normalt bomuld og semisyntiske fibre. Til dette har du brug for 3 stykker bomuld, 3 stykker semisyntetiske fibre og 4 stykker Nano-Tex (hver omkring 10x10 cm). Følg trinnene nedenfor. Side 6 af 14

7 TRIN 1. Nu skal du undersøge et stykke Nano-Tex stof og sammenligne den med et normalt stykke bomuldsstof og semi-syntetiske fibre. I dette trin skal du forsøge at plette stofferne med cola, vineddike, olie osv.) - Fyld et glas med hver af de væsker som du vil teste stofferne med (juice, cola, vineddike eller vin og olie). - Placer dine 3 stykker stof af forskellige oprindelse på en række: venstre bomuld, midt semi-syntetisk, højre Nano-Tex. Skriv navnene på tre stykker papir og placer det under hvert type stof (som set på billedet nedenfor). Beslut i hvilken rækkefølge du vil undersøge væskerne og skriv det her: - Ved at bruge en pipette, placer da en dråbe af hver væske på stoffet. Du bør lade opløsningerne hvile på de tre typer stof I samme tidsrum. Indiker dette i tabellen nedenfor. Udfør testen sekventielt, en væske og et stof af gangen. Side 7 af 14

8 - Når tiden er gået, fjern da væsken fra stoffet vha. et stykke køkkenrulle. Skriv dine observationer ned i tabellen. Skriv om væsken blev absorberet, eller om det blev på stoffet, om plettede stoffet og om du kunne fjerne det igen med køkkenrullen. Tilføj også andre kommentarer du måske har. Side 8 af 14

9 Længde af væskepletning: sekunder (udfyld) Materiale Juice Cola Eddike eller vin Olie Bomuldsstof Semi-syntetisk stof Nano-Tex Spørgsmål 16. Var der en klar forskel mellem Nano-tex stoffet og de andre stoffer? Beskriv..... Spørgsmål 17. Hvor let var det at fjerne væskepletterne fra Nano-Tex Nano-Tex tekstilen? Fik du fjernet alle pletterne?. Side 9 af 14

10 Trin 2 Nu skal du undersøge Nano-Tex stoffet og sammenligne det med et normalt stykke bomuldsstof og semi-syntetiske fibre. I dette trin bruges bløde materialer (majonæse, sennep, osv.) - Test nu de tre typer af stoffer ved at udsætte dem for de bløde materialer: ketchup, sennep, majonæse. Hav papir klar ved hånden. - Tag 3 nye stykker stof, en af hver slags. Placer noget af de bløde materiale på hvert stykke stof. Brug en ske eller en spatel til at placere materialet på stoffet. Endnu engang nedskrives navnet med en permanent (se figuren). - For at sammenligne stoffet skal du igen definere hvor lang tid du udsætter stoffet for materialet. (f.eks. 5min.). - Efter den tid er gået fjern så materialet fra stoffer med en våd klud. NOTE! Hver forsigtig med ikke at bland de forskellige bløde materialer. I tabellen nedenfor opskriver du dine observationer ift. Hvorledes hvert blødt materiale pletter stoffet. Side 10 af 14

11 Længde af væskepletning: sekunder (udfyld) Materiale Ketchup Sennep Majonæse Permanent markør Bomuldsstof Semi-syntetisk stof Nano-Tex Spørgsmål 18. Var der en klar forskel mellem Nano-tex stoffet og de andre stoffer? Beskriv..... Spørgsmål 19. Hvor let var det at fjerne væskepletterne fra Nano-Tex Nano-Tex tekstilen? Fik du fjernet alle pletterne?.. Side 11 af 14

12 Trin 3 Nu skal du undersøge Nano-Tex stoffet og sammenligne dets modstandsevne mod jord og sammenligne med et normalt stykke bomuldsstof og semi-syntetiske fibre. I dette trin bruges organisk jord. -Tag 3 nye stykker stof, en af hver type. - Placer noget organisk jord I midten på hvert stykke og fold stoffet og gnid på det. Observer hvert stykke stof og fjern jorden fra hvert stykke og observer. Spørgsmål 20. Blev alle stofferne beskidte? På samme måde? Beskriv Prøv nu at rengøre stoffet brugt i TRIN 3 med dine hænder. Spørgsmål 21: Kunne du rengøre stoffet? Er der en klar forskel på dem? Beskriv. Spørgsmål 22. Var der et stykke stof som kunne rengøres fuldstændigt og fremstår som nyt?. Spørgsmål 23. Hvilken type stof kunne rengøres lettest?. - Prøv nu at rengøre de tre stykker stof brugt I ALLE TRIN med koldt vand og sæbe. Spørgsmål 24. Blev alle stofferne rene? Hvis ikke, hvilke gjorde så?. Spørgsmål 25. Hvilket type stof kunne lettest rengøres?. Side 12 af 14

13 Spørgsmål 26. Er der en type (eller flere) af pletter som ikke kan fjernes fra Nano-Tex prøverne? Hvilke(n)? Hvorfor tror du det der er således?. TRIN 4 Test Nano-Tex stoffet med sandpapir. - Du skal nu tage 1 nyt stykke Nano-Tex stof og et stykke sandpapir. - Undersøg hvor modsstadsdygtig stoffet er. Observer først hvorledes vandet ruller af stoffet. Klip stykket i to. Tag to et stykke sandpapir og gnub det på overfladen af et af de to stykker. Test stoffet helt til grænsen! OBS brug af varme anbefales ikke. Spørgsmål 27. Ændrede sandpapirsbehandlingen egenskaberne af Nano-Tex stoffet? Hvordan ændrede dette stoffet?..... KREDITERING: Dette eksperiment er delvist adapteret fra Applikationsaktiviteten: Nano-Tex, ANERKENDELSE: Vi takker Nano-Tex, Inc. for at deres venlighed I at stille et stykke af Nano-Tex textile (resists spills) til rådighed, og for at bidrage med billeder til dette materiale. Forfatteren takker Anton Ressine (inano, Aarhus Universitet) for at stille et en porøs silicium-prøve til rådighed til videoen brugt I denne øvelse. Side 13 af 14

14 BRUG DISSE BILLEDER TIL SPØRGSMÅL 4 OG 13 BRUGSBETINGELSER FOR BILLEDER: Disse billeder er ophavsretsbeskyttede af inano, Aarhus Universitet. Der gives tilladelse til at dele og distribuere billederne under Creative Commons Attribute ShareAlike 3.0 licensen. Side 14 af 14