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Datum: Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) 71 278 02 04,

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Präsentation zum Thema: "Datum: Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) 71 278 02 04,"—  Präsentation transkript:

1 Datum: Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) , Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen Goldrubinglas September 2014 Glas färben mit Nanogold Modulsponsor: Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung der Metrohm Stiftung Herisau realisiert.

2 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Nanogold-Partikel erzeugen schillernde Farben in Glas. 2 Quelle: Swiss Nano-Cube Goldrubinglas-Perlen aus der Mikrowelle Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung „Goldrubinglas“ zu finden.

3 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Inhalt  Einführung  Experimentelle Durchführung  Materialien, Chemikalien, Vorgehen  Sicherheitshinweise  Theoretische Grundlagen  Optische Eigenschaften von Nanogold-Partikeln  Mikrowellen  Grafit-Suszeptor-Element 3

4 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Einführung 4 Mittelalterliche Kirchenfenster in der Kathedrale von Metz (Frankreich). Die kräftigen Rot- und Blautöne der Goldrubinglaser werden durch Gold- Kolloide im Glas hervorgerufen. Goldrubinglas im Mittelalter Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

5 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Einführung 5 Goldrubinglas im Mittelalter Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

6 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Experimentelle Durchführung  Glasausgangsgemisch vorbereiten:  Quarz  Borsäure  Calciumcarbonat, Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat  Ein „Körnchen“ Goldchlorid Aquat zugeben.  Im Mörser zerkleinern und in einen Porzellantiegel geben.  Tiegel im Grafit-Suszeptor-Technik Element (GST Element) platzieren.  Glasgemisch mit GST Element in der Mikrowelle erhitzen.  5-10 min im Mikrowellenofen bei mehr als 1000 °C 6 Vorgehen bei der Herstellung von Goldrubinglas

7 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Experimentelle Durchführung 7 Herstellung des GST Elements Quellen: Swiss Nano-Cube GST Element T > 1000 °C Glasherstellung im Mikrowellenofen

8 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Experimentelle Durchführung 8 Sicherheitshinweise Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe

9 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 9 Reduktion von Goldchlorid mit Tri-Natriumcitrat Oxidation: [O 2 C +II -C +II OH-C 4 H 4 O 4 ] 3- [OC +II -C 4 H 4 O 4 ] 2- + H + + C +IV O e - Reduktion: HAu +III Cl e - Au +I Cl + 2 Cl - (3x) Disproportionierung 3 AuCl 3 C 5 H 4 O Au 0 + AuCl 3 Gesamt: 2 AuCl C 6 H 5 O C 5 H 4 O H + + CO Cl Au 0

10 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 10 Quelle: Swiss Nano-Cube 0.01 nm 1 nm100 nm 400 nm 700 nm1 cm 1 km sichtbares Licht Elektromagnetische Wellen

11 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 11 Oberflächen-Plasmonen-Resonanz  Bei Edelmetallen wie Gold beträgt die Eindringtiefe elektromagnetischer Wellen ca. 1/4 bis 1/10 der Wellenlänge.  Nanopartikel mit einem Durchmesser von 20–30 nm werden von sichtbarem Licht (400–700 nm) vollständig durchdrungen.  Anregung -> Elektrisches Wechselfeld -> Höheres Energieniveau  Beim „Rückschwingen“ wird Energie in Form von Streulicht frei  Absorption/Transmission der einfallenden Lichtwellen je nach Grösse der Partikel.  Partikel mit 20–30 nm Durchmesser absorbieren vorwiegend kurzwelliges blaues Licht und transmittieren rotes Licht. Sie erscheinen daher rot.

12 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 12 Quelle: Swiss Nano-Cube Oberflächen-Plasmonen-Resonanz

13 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 13 Zusatzfrage Was kann in einem Mikrowellenofen erhitzt werden?

14 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 14 Mikrowellen und flüssiges Wasser  Mikrowellenofen: 2.45 GHz, 12 cm Wellenlänge.  Anregung von Dipolmolekülen wie Wasser -> Moleküle werden in Bewegung versetzt.  Nur im flüssigen Zustand: Guter Ausgleich zwischen Beweglichkeit der Moleküle und Dichte.  Durch dichte Anordnung entsteht bei der Bewegung Reibungswärme. Flüssiges Wasser und hauchdünne Metall- oder Grafitschichten können durch Mikrowellen angeregt werden.

15 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 15 Mikrowellen und Grafit  Mikrowellenofen: 2.45 GHz, 12 cm Wellenlänge.  Mikrowellen dringen nur einige Mikrometer tief in Grafit ein.  Anregung von Elektronen an der Oberfläche des Grafit. Die Elektronen beginnen zu schwingen.  Bei sehr dünnen Grafitschichten können dabei sehr hohe Temperaturen entstehen, so dass die Schicht verdampft wird.  Im GST Element liegt der Porzellantiegel so dicht auf der dünnen Grafitschicht, dass diese zwar sehr heiss wird, jedoch nicht verdampft.

16 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 16 Grafit-Suszeptor-Element: Mehr als 1000 °C in der Mikrowelle Quelle: Swiss Nano-Cube


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