LeLa-Preis für nanowissenschaftliches Experiment

Lernstation „Dem Lotos-Effekt auf der Spur“ ist Sieger in der Kategorie Experiment des Jahres

Bei einer feierlichen Preisverleihung im Rahmen der Jahrestagung von LernortLabor wurde am Montagabend in Dresden erstmalig der LeLa-Preis verliehen. In der Kategorie Experiment des Jahres konnte sich die Lernstation „Dem Lotos-Effekt“ auf der Spur gegen die Konkurrenz durchsetzen. Das Preisgeld in Höhe von 5.000 Euro geht an das LMUchemlab der Ludwig-Maximilians-Universität München. Entwickelt wurde die Experimentierstation jedoch ursprünglich für das klick!:labor der Kieler Forschungswerkstatt in Zusammenarbeit mit Wissenschatlerinnen und Wissenschaftlern aus dem SFB 677 Funktion durch Schalten. Gerade diese Übertragbarkeit des Experiments auf verschiedene Schülerlabore war ein wichtiges Kriterium bei der Juryentscheidung. So kommt die interdisziplinäre Experimentierstation aktuell in Kiel und München, aber beispielsweise auch im Schülerlabor SCIphyLAB in Aachen zum Einsatz.

Darüber hinaus lobte die Jury den hohen Alltagsbezug sowie die einfache Umsetzung des Experiments für verschiedene Themen aus dem Bereich der Chemie: „Das Thema hat einen starken Bezug zur Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler. Im Versuch wird deutlich wie es zur selbstreinigenden Wirkung nano-strukturierter Oberflächen kommt. Die hier verwendete Kontaktwinkelmessung ist eine einfache, für die Jugendlichen sehr gut verständliche Methode zur Charakterisierung der Oberfläche. Das vorgestellte Konzept beeindruckt auch dadurch, dass es auf weitere aktuelle Themen aus der Chemie übertragbar ist, wie zum Beispiel für Anwendungen in der Elektrochemie.“

Über das Experiment „Dem Lotos-Effekt auf der Spur“

Alltagsprodukte imitieren das Prinzip des Lotos-Effektes

Heutzutage existiert eine Reihe von Alltagsprodukten, die das Prinzip des Lotos-Effektes zu imitieren versuchen. Zu den Produkten gehören spezielle Fassadenfarben, Versiegelungen für Autoscheiben sowie Smartphones oder Imprägnierungen für Kleidungsstücke, die Oberflächen effektvoll vor Nässe, Korrosion oder Graffiti schützen. Auch Öffentlichkeitskampagnen wie das YouTube Video St. Pauli pinkelt zurück der Interessengemeinschaft St. Pauli e.V. greifen das Thema auf. Die Kampagne thematisiert das erstaunliche Phänomen der Wasserstrahlreflexion, das beim Applizieren eines Wasserstrahls auf eine Oberfläche mit Lotos-Effekt auftritt.

Paradebeispiel aus dem Bereich der Bionik

Die Inspiration zur Herstellung technischer Oberflächen mit Selbstreinigungseffekt bzw. Wasserstrahlreflexionseffekt stammt aus der Natur. Somit ist der Lotos-Effekt ein Paradebeispiel aus dem Bereich der Bionik. Als Bionik bezeichnet man eine relativ neue Wissenschaftsdisziplin, bei der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von der Natur lernen, um neuartige Produkte herzustellen und bereits vorhandene Produkte zu optimieren. Bei der bionischen Übertragung des wasserabweisenden Effektes in die Anwendung spielt die Nanotechnologie eine wichtige Rolle. Künstliche Oberflächen besitzen besonders dann optimale selbstreinigende Eigenschaften, wenn diese, genau wie das natürliche Vorbild, eine hydrophobe, mikro- und gleichzeitig nanostrukturierte Oberfläche aufweisen.

Generierung einer Oberfläche mit Lotos-Effekt und Kontaktwinkelmessung

An der Schülerlaborstation generieren die Lerngruppen chemisch eine solche mikro- wie nanostrukturierte Kupferoberfläche mit beobachtbarem Lotos-Effekt. Ergänzend charakterisieren sie die Oberfläche vor, während und nach der chemischen Modifizierung mittels einer einfachen, neu entwickelten Kontaktwinkelmessung hinsichtlich ihrer Benetzbarkeit durch Wasser. Hierfür kommt eine USB-Mikroskopkamera in Kombination mit einer frei erhältlichen Software zum Einsatz.

Welche chemischen Zusammenhänge führen zur Ausbildung des Lotos-Effektes?

An der einstündigen Experimentierstation ergründen die Schülerinnen und Schüler schrittweise die chemischen Zusammenhänge, die zur Ausbildung eines Lotos-Effektes in Natur und Technik führen. Hierzu zählen die (raue) Struktur sowie der unpolare Charakter der Oberfläche. Neben dem chemischen Hintergrund behandeln die Teilnehmende an der Station die technische Anwendung und die damit vorhandene Alltagsrelevanz von wasserabweisenden Oberflächen. Hierzu zählen zum Beispiel selbstreinigende Häuserfassaden. Auch erfolgt eine Bewertung derartiger Oberflächen hinsichtlich des Einsparens von Wasser und Reinigungsmitteln.

Mit Hilfe des Experimentes lernen die Schülerinnen und Schüler an einem aktuellen Kontext naturwissenschaftliche Arbeitsweisen kennen. Gleichzeitig werden sie aber auch dazu angeregt, Produkte und Werbeversprechen hinsichtlich ihrer Sinnhaftigkeit zu hinterfragen. Nicht jede Produktbewerbung, die einen Lotos-Effekt verheißt, vermag diesen auch tatsächlich einzulösen, was durch eine Kontaktwinkelmessung messbar ist.

Über den LeLa-Preis

Wissenschaft zum Anfassen, Ausprobieren und Verstehen. Das bieten in Deutschland über 400 Schülerlabore. Sie leisten damit einen maßgeblichen Beitrag, jungen Menschen außerhalb der Schule eine Bildung zu ermöglichen, die sie in einer immer stärker globalisierten Welt zum mündigen Handeln befähigt. Für diesen Einsatz erfuhren Schülerlabore und ihre Mitarbeiter nun auch eine besondere Anerkennung. Der LeLa-Preis würdigt herausragende Leistungen der Schülerlabore. Er wurde auf der LeLa-Jahrestagung am 9. März 2020 in einer Feierstunde im Hilton Dresden erstmalig vergeben.

LernortLabor vergibt den LeLa-Preis 2020 in vier Rubriken, um der Vielfältigkeit der Schülerlaborszene gerecht zu werden. Der Preis ist damit eine Auszeichnung für besondere Angebote in der jeweiligen Rubrik. Folgende Preis-Rubriken wurden in diesem Jahr ausgeschrieben:

• Das Experiment des Jahres: Der Preis richtet sich an alle Schülerlabore, die ein besonders innovatives, erfolgreiches Experiment entwickelt haben, das sich gut in andere Schülerlabore übertragen lässt
• Lehrkräftebildung: Ein Preis für besonders motivierende Konzepte zur Unterstützung der Aus- und Weiterbildung von MINT-Lehrkräften
• Schülerlabor digital: Der Preis zeichnet Schülerlabore aus, die die Möglichkeiten der digitalen Welt für sich und andere Labore innovativ nutzbar gemacht haben
• Schülerprojekt des Jahres: Eine Anerkennung für die Arbeit von einzelnen Schülerinnen und Schülern oder Schülergruppen, die in Kooperation mit einem Schülerlabor ein Projekt durchgeführt haben.

Die Preise „Experiment des Jahres“ und „MINT-Bildung von Lehrkräften“ werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gestiftet. Der Arbeitgeberverband GESAMTMETALL stiftet den Preis „Schülerlabor digital“ im Rahmen der Initiative think ING.

Zusätzlich vergibt LernortLabor mit der Rubrik „Schülerprojekt des Jahres“ einen eigenen Preis für Schülerinnen und Schüler, die ein Projekt in einem Schülerlabor durchgeführt haben. Damit werden ihre besonderen Leistungen in der Zusammenarbeit mit Schülerlaboren gewürdigt.

Aus 52 eingereichten Anträgen wurden zwölf besonders förderungswürdige Projekte von einem unabhängigen Gutachtergremium ausgewählt. Folgende Schülerlabore bzw. Schülerinnen und Schüler wurden ausgezeichnet:

Experiment des Jahres

1. LMUchemlab an der Ludwig-Maximilians-Universität München
2. teutolab-biotechnologie an der Universität Bielefeld
3. Scienteens Lab an der Universität Luxemburg

MINT-Bildung von Lehrkräften

1. M!ND-Center an der Universität Würzburg
2. makeScience! an der PH Heidelberg
3. JuLab am Forschungszentrum Jülich

Schülerlabor digital

1. M!ND-Center an der Universität Würzburg
2. Digitales Labor am Joseph-von-Fraunhofer-Gymnasium Cham
3. dEIn Labor Technische Universität Berlin

Schülerprojekt des Jahres

1. Sophia Bohlen (Nawi-Werkstatt, Universität Koblenz)
2. Jonas Hamp (PhotonLab, Max-Planck-Institut für Quantenoptik Garching)
3. Karl Ritter & Christoph Baitis (Schülerrechenzentrum, TU Dresden)

Die drei besten eingereichten Konzepte in jeder Preiskategorie erhielten ein Preisgeld in Höhe von 5.000, 3.000 bzw. 2.000 Euro. Der Preis „Schülerprojekt des Jahres“ wurde als Sachpreis vergeben.