ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΜΑΘΗΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑ Δ: ΥΠΕΡΥΔΡΟΦΟΒΑ ΥΛΙΚΑ

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΜΑΘΗΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑ Δ: ΥΠΕΡΥΔΡΟΦΟΒΑ ΥΛΙΚΑ Όνομα του σπουδαστή: Ημερομηνία:.. ΣΤΟΧΟΣ: - Κατανόηση της παρουσίας νανο-δομών στη σύνθεση ενός φυσικού υλικού και το πώς επηρρεάζουν τις ιδιότητές του - Πρωτότυπα προηγμένα υλικά που έχουν σχεδιαστεί στη νανο-κλίμακα, έτσι ώστε να είναι υπερυδρόφοβα, και οι εφαρμογές τους - Ανάλυση ενός λειτουργικού νανο-υλικού υπό έρευνα στο inano (μέσω ενός βίντεο) - Ανάλυση και εμπράγματη δοκιμή ενός υπερυδρόφοβου υφάσματος ΠΡΟΤΟΥ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΕΤΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΥΛΙΚΑ: - διαβάστε το έντυπο ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ για το ΠΕΙΡΑΜΑ Δ - αν έχετε ερωτήσεις, υποβάλτε τις στους εκπαιδευτικούς σας - Διαφορετικές επιφάνειες προς εξέταση: * 1 μικροσκόπιο γυάλινων διαφανειών * 1 επίπεδο κομμάτι πλαστικού 10x10 cm (π.χ. κόψτε ένα κομμάτι από ένα πλαστικό φύλλο, όπως έναν πλαστικό φάκελο) * 1 επίπεδο κομμάτι αλουμινόχαρτου 10x10 cm * 2 κομμάτια διηθητικού χαρτιού * Κομμάτια υφασμάτων προς σύγκριση (περίπου 10x10 cm): - 4 Nano-Tex Resist Spills - 3 δείγματα από 100% βαμβάκι - 3 δείγματα υφάσματος κατασκευασμένο από συνθετικές ίνες όπως πολυεστέρας ή βαμβάκι/πολυ-μίγμα υφασμάτων (σε αυτό το πρωτόκολο χρησιμοποιήσαμε ένα ύφασμα από 70% πολυεστέρα και 30% βαμβάκι) Page 1 of 15

2 - Διαφορετικούς παράγοντες λεκέδων προς εξέταση: * 1 ποτήρι νερό, 1 ποτήρι χυμού και/ή 1 ποτήρι κόκα κόλα * Βαλσάμικο ξύδι ή κρασί (1 ποτήρι) * Μαγειρικό λάδι (1 ποτήρι) * Κέτσαπ (1 κουταλιά) * Μουστάρδα (1 κουταλιά) * Μαγιονέζα (1 κουταλιά) * Οργανικό χώμα (μερικές χούφτες) - Διάφορα φύλλα φυτών (συλλέξτε τα από τον κήπο του σχολείου ή φέρτε τα από το σπίτι) * Ένα φύλλο κοινού φυτού όπως ο κισσός * Ένα κομμάτι φύλλο νούφαρου ή νεροκάρδαμου - Φιάλη εργαστηρίου γεμάτη με νερό - 5 σταγονόμετρα (ή πιπέτες Pasteur) για να εφαρμόσετε τους υγρούς παράγοντες λεκέδων Πλαστικά μαχαίρια ή κουτάλια για την εφαρμογή άλλων παραγόντων λεκέδων - Ένα κάδο απορρυπαντικού πλυντηρίου και νερό (ίσως χρειαστεί να το μοιραστείτε με ολόκληρη την τάξη) - Ένα κομμάτι γυαλόχαρτο 10x10 cm - 1 μαρκαδόρο διαρκείας - Πολλές πλαστικές κούπες για να βάλετε νερό και παράγοντες λεκέδων - Πολλά πλαστικά πιάτα για να βάλετε τα υλικά κατά τη διεξαγωγή εξέτασης του υλικού - Κόλλα για χαρτί και ψαλίδι ΣΗΜΕΙΩΣΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ: Σε αυτό το πείραμα δεν χρησιμοποιούνται χημικά αλλά μόνο κοινά υγρά και στερεά. Ωστόσο, είναι πιθανό να λεκιαστείτε, γι αυτό πλύνετε τα χέρια και τις επιφάνειες σχολαστικά, μετά τους χειρισμούς. Χρησιμοποιήστε κατάλληλα ρούχα προστασίας, γάντια και προστατέψτε τα μάτια. Συγκεντρώστε όλα τα υγρά και το νερό πλυσίματος σε γυάλινα/πλαστικά δοχεία, και πετάξτε τα στο νεροχύτη. Όλα τα πειράματα θα διεξαχθούν με δική σας ευθύνη. Το Aarhus University (inano) και ολόκληρη η κοινοπραξία NANOYOU δεν αναλαμβάνουν την ευθύνη για φθορές ή επακόλουθες μόνιμες απώλειες, ως αποτέλεσμα της διεξαγωγής του πειράματος που περιγράφεται. Page 2 of 15

3 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ NANOYOU Teachers Training Kit in Nanotechnologies for students aged (Experiment Module) Τώρα θα εξετάσετε μία σειρά υλικών, ξεκινώντας από τα πιο κοινά και προχωρώντας σε πιο προηγμένα. Όταν θα εξετάσετε τα υλικά με νερό ή άλλα υγρά/στερεά, τοποθετήστε το υλικό σε ένα πλαστικό πιάτο προκειμένου να συγκεντρώσετε το νερό σωστά. Πετάξτε το νερό που έχει συλλεχθεί μεταξύ των δοκιμών! 1. Κατανόηση των ιδιοτήτων της επιφάνειας: υδρόφιλες και υδρόφοβες - Πάρτε τις τέσσερις επιφάνειες που θα εξετάσετε: μία γυάλινη διαφάνεια, ένα κομμάτι πλαστικού, αλουμινόχαρτο, ξύλο, διηθητικό χαρτί. Τοποθετήστε μερικές σταγόνες νερού σε κάθε υλικό, και καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας στον πίνακα της επόμενης σελίδας: Υλικό Αλουμινόχαρτο Πλαστικό Διηθητικό χαρτί Γυαλί Υδρόφιλο ή υδρόφοβο; Σχόλια Βάσει των οπτικών σας παρατηρήσεων, ταξινομήστε τα υλικά ως υδρόφιλα ή υδρόφοβα (συμπληρώστε τον πίνακα). Ε1. Το διηθητικό χαρτί συμπεριφέρθηκε όπως τα άλλα υλικά; Αν όχι, γιατί; Page 3 of 15

4 Ε2. Κατατάξτε το αλουμινόχαρτο, το πλαστικό και το γυαλί σε μία κλίμακα, ξεκινώντας από το πιο υδρόφιλο έως το πιο υδρόφοβο, βάσει της οπτικής σας παρατήρησης.. Πολύ Υδρόφιλο Πολύ υδρόφοβο Ε3. Μπορείτε να χαρακτηρίσετε κάποιο από τα υλικά που εξετάσατε έως τώρα, πολύ υδρόφοβο ; Γιατί;.. Ε4. Τώρα κόψτε τις φωτογραφίες που βρίσκονται στην τελευταία σελίδα του εγγράφου, και επικολλήστε τις εδώ για να δημιουργήσετε εκ νέου την ίδια κλίμακα που κάνατε στην Ε2. Κάτω από κάθε φωτογραφία, γράψτε για ποιο υλικό νομίζετε ότι πρόκειται. 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. Page 4 of 15

5 2. Ανάλυση φυσικών νανο-υλικών: το φύλλο του Νούφαρου (ή Νεροκάρδαμου) ΒΗΜΑ 1 - Τοποθετήστε σε ένα πλαστικό πιάτο το φύλλο ενός κοινού φυτού που έχετε συλλέξει (π.χ. κισσός). Αν έχετε περισσότερα από ένα φύλλα, εξετάστε το καθένα ανεξάρτητα. - Ρίξτε λίγο νερό σε κάθε φύλλο και παρατηρήστε πώς κυλά στην επιφάνεια. Ένας κάδος ή άλλο δοχείο πρέπει να χρησιμοποιηθεί για να μαζέψετε το νερό. Πρέπει να έχετε κοντά σας χαρτοπετσέτες. - Ε5: Τα σταγονίδια νερού ύγραναν την επιφάνεια του φύλλου (δηλ. παρέμεινε το νερό στα φύλλα όταν σταματήσατε να το ρίχνετε); Δώστε μία απάντηση για κάθε τύπο φύλλου που εξετάσατε. - Ε6: Οι σταγόνες νερού κύλησαν ή γλίστρησαν πάνω από το φύλλο;.. ΒΗΜΑ 2 - Τώρα, σε ένα δεύτερο πλαστικό πιάτο, τοποθετήστε ένα φύλλο (ή ένα κομμάτι φύλλου) νούφαρου ή νεροκάρδαμου (ανάλογα με το τι σας έδωσε ο καθηγητής σας). - Ε7: Τα σταγονίδια νερού ύγραναν την επιφάνεια του φύλλου (δηλ. παρέμεινε νερό στα φύλλα όταν σταματήσατε να το ρίχνετε); Δώστε μία απάντηση για κάθε τύπο φύλλου που εξετάσατε. - Ε8: σταγόνες νερού κύλησαν ή γλίστρησαν πάνω από το φύλλο;.. - Ε9: Τι συμβαίνει αν τοποθετήσετε το φύλλο οριζόντια στον πάγκο και το καταβρέξετε με νερό;.. Page 5 of 15

6 - Ε10: Μπορείτε να καταφέρετε να παραμείνει ένα σταγονίδιο ακίνητο στην επιφάνεια; Είναι εύκολο ή δύσκολο; Τι σας λέει αυτό για τις ιδιότητες της επιφάνειας του φύλλου;... - Τοποθετήστε το φύλλο νούφαρου ή νεροκάρδαμου κάτω από τρεχούμενο νερό. Ε11: Ακόμη και μετά το πέρασμα του φύλλου κάτω από το νερό, αυτό γίνεται υγρό;. Ε12. Βάσει της παρατήρησής σας, το φύλλο του νούφαρου (ή το φύλλο νεροκάρδαμου) είναι περισσότερο ή λιγότερο υδρόφοβο από το πλαστικό;.. Ε13. Πού θα τοποθετούσατε τη φωτογραφία μίας γωνίας επαφής ενός φύλλου νούφαρου (παρέχεται στο τέλος του εγγράφου), στην κλίμακα που δημιουργήσατε στην Ε4; Κόψτε πάλι όλες τις φωτογραφίες και δημιουργήστε παρακάτω μία νέα κλίμακα, σημειώνοντας κάτω από την καθεμία τον τύπο του υλικού. Page 6 of 15

7 ΒΗΜΑ 3 - Παρακολουθήστε το NANOYOU Video 4 Lotus Effect -Part 2, το οποίο δείχνει μία επιφάνεια που σχεδιάστηκε στο inano (Aarhus University), και η οποία διαθέτει ιδιότητες επιφάνειας συγκρίσιμες με εκείνες του φύλλου νούφαρου (υπερυδρόφοβο). Ε14. Πώς συγκρίνεται το πορώδες υλικό σιλικόνης που εμφανίζεται στο βίντεο με το φύλλο νούφαρου, από την άποψη των ιδιοτήτων της επιφάνειας; Ανάλυση ενός λειτουργικού νανο-υλικού. Σε αυτό το μέρος του πειράματος θα αναλύσετε ένα ύφασμα που σχεδιάστηκε για να αναπαραχθεί το Lotus Effect και να έχει ιδιότητες αυτο-καθαρισμού - Πάρτε 1 κομμάτι Nano-Tex και 1 κομμάτι κανονικού βαμβακερού υφάσματος. Τοποθετήστε το καθένα σε ένα πλαστικό πιάτο. - Ρίξτε τους λίγο νερό. Αν είναι δυνατόν, χρησιμοποιήστε ένα φύλλο νούφαρου ή νεροκάρδαμου για να συγκρίνετε. Ε15. Η συμπεριφορά του υφάσματος Nano-Tex είναι η ίδια με εκείνη του Lotus Effect, από την άποψη τού πώς το υγραίνει το νερό;.. Page 7 of 15

8 - Τώρα θα εξετάσετε το ύφασμα Nano-Tex και θα το συγκρίνετε με κανονικό βαμβάκι και ημισυνθετικές ίνες. Γι αυτό, χρειάζεστε συνολικά 3 κομμάτια βαμβακερού υφάσματος, 3 κομμάτια ημισυνθετικού υφάσματος, και 4 κομμάτια υφάσματος Nano-Tex (το καθένα να έχει μέγεθος περίπου 10x10 cm). Ακολουθήστε τα παρακάτω βήματα. ΒΗΜΑ 1. Τώρα, πρέπει να εξετάσετε το ύφασμα Nano-Tex και να το συγκρίνετε με το κανονικό βαμβάκι και μία ημι-συνθετική ίνα. Σε αυτό το βήμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν λεκέδες υγρού (κόκα κόλα, ξύδι, λάδι, κ.λπ) - Πάρτε ένα ποτήρι από το κάθε υγρό που θα εξετάσετε (χυμός, κόκα κόλα, ξύδι ή κρασί, και λάδι) - Τοποθετήστε στη σειρά τα 3 κομμάτια διαφορετικών υφασμάτων: αριστερά το βαμβακερό, στη μέση το ημι-συνθετικό, δεξιά το Nano-Tex. Γράψτε σε ένα χαρτί τον τύπο του υφάσματος και τοποθετήστε το κάτω από κάθε ύφασμα (όπως στην παρακάτω εικόνα). Αποφασίστε με ποια σειρά θα εξετάσετε τα υγρά, και σημειώστε εδώ: - Χρησιμοποιώντας μία πιπέτα, τοποθετήστε μία σταγόνα του κάθε υγρού που θα εξεταστεί σε κάθε ύφασμα. Τα διαλύματα πρέπει να παραμείνουν επάνω στους 3 τύπους υφάσματος για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Σημειώστε το στον παρακάτω πίνακα. Εκτελέστε αυτή τη δοκιμασία διαδοχικά, ένα υγρό και ένα ύφασμα τη φορά. Page 8 of 15

9 - Μετά τον ορισμένο χρόνο, αφαιρέστε απαλά το υγρό από το ύφασμα χρησιμοποιώντας χαρτί κουζίνας. Καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας στον πίνακα που παρέχεται. Σημειώστε αν το υγρό απορροφήθηκε, αν παρέμεινε στην επιφάνεια του υφάσματος, αν λέκιασε το ύφασμα, και αν μπορέσατε να το αφαιρέσετε με ένα χαρτί. Προσθέστε όποια σχόλια έχετε. Page 9 of 15

10 Χρόνος που παρέμεινε η υγρή κηλίδα: δευτερόλεπτα (συμπληρώστε) Υλικό Χυμός Κόκα κόλα Ξύδι ή κρασί Λάδι Βαμβακερό ύφασμα Ημι-συνθετικό ύφασμα Nano-Tex Ε16. Υπήρξε σαφής διαφορά μεταξύ του υφάσματος Nano-Tex και των άλλων υφασμάτων; Περιγράψτε..... Ε17. Πόσο εύκολο ήταν να αφαιρέσετε τις κηλίδες υγρού από το ύφασμα Nano-Tex ; Αφαιρέθηκαν όλες οι κηλίδες;. Page 10 of 15

11 ΒΗΜΑ 2 Τώρα πρέπει να εξετάσετε το ύφασμα Nano-Tex και να το συγκρίνετε με κανονικό βαμβάκι, και ημι-συνθετικές ίνες. Σε αυτό το βήμα, πρέπει να χρησιμοποιηθούν λεκέδες από στερεά υλικά (μαγιονέζα, μουστάρδα, κ.λπ) - Τώρα εξετάστε τους τρεις τύπους υφάσματος με τα στερεά που επιλέξατε: κέτσαπ, μουστάρδα, μαγιονέζα. Έχετε λίγο χαρτί σε ετοιμότητα. - Πάρτε 3 νέα κομμάτια υφάσματος, ένα για τον κάθε τύπο. Τοποθετήστε λίγο από το κάθε στερεό σε κάθε ύφασμα. Χρησιμοποιήστε ένα κουτάλι ή μία σπάτουλα για να βάλετε το στερεό στο ύφασμα. Σε ένα διαθέσιμο σημείο σημειώστε το με έναν μαρκαδόρο διαρκείας (δείτε Εικόνα). - Σε αυτό το πείραμα, για να συγκρίνετε τα υφάσματα, πρέπει να προσδιορίσετε ένα χρονικό διάστημα που θα παραμείνουν οι κηλίδες (π.χ. 5 λεπτά). - Μετά από αυτό το διάστημα (π.χ. 5 λεπτά), αφαιρέστε τα στερεά από τα υφάσματα, χρησιμοποιώντας ένα υγρό πανί. ΣΗΜΕΙΩΣΗ! Προσέξτε να μην αναμίξετε τα διαφορετικά στερεά. Στον παρακάτω πίνακα, καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας, σχετικά με το πώς το κάθε στερεό λεκιάζει τα υφάσματα. Page 11 of 15

12 Χρόνος που παρέμεινε η στερεά κηλίδα: δευτερόλεπτα (συμπληρώστε) Υλικό Κέτσαπ Μουστάρδα Μαγιονέζα Μαρκαδόρος διαρκείας Βαμβακερό ύφασμα Ημι-συνθετικό ύφασμα Nano-Tex Ε18. Υπήρξε σαφής διαφορά μεταξύ του υφάσματος Nano-Tex και των άλλων υφασμάτων; Περιγράψτε..... Ε19. Πόσο εύκολο ήταν να αφαιρέσετε τους λεκέδες των στερεών από το ύφασμα Nano-Tex ; Αφαιρέθηκαν όλοι οι λεκέδες;.... Page 12 of 15

13 ΒΗΜΑ 3 Τώρα πρέπει να εξετάσετε την αντοχή του υφάσματος Nano-Tex στους ρύπους και να συγκρίνετε με κανονικό βαμβάκι και ημι-συνθετική ίνα. Σε αυτό το βήμα, χρησιμοποιείται οργανικό χώμα. - Πάρτε 3 νέα κομμάτια υφάσματος, ένα για κάθε τύπο. - Τοποθετήστε λίγο οργανικό χώμα στο κέντρο του κάθε κομματιού, διπλώστε το ύφασμα και τρίψτε το. Στη συνέχεια ανοίξτε το ύφασμα, αφαιρέστε το χώμα, και παρατηρήστε. Ε20. Λερώθηκαν όλα τα υφάσματα; Με τον ίδιο τρόπο; Περιγράψτε Τώρα προσπαθήστε να καθαρίσετε τα υφάσματα που χρησιμοποιήσατε στο ΒΗΜΑ 3 με τα χέρια σας. Ε21: Μπορέσατε να καθαρίσετε τα υφάσματα; Υπάρχει σαφής διαφορά μεταξύ τους; Περιγράψτε. Ε22. Υπήρξε ένα ύφασμα που καθάρισε εντελώς και φαίνεται σαν καινούργιο;. Ε23. Ποιος τύπος υφάσματος καθάρισε ευκολότερα;. - Τώρα προσπαθήστε να καθαρίσετε τα τρία υφάσματα που χρησιμοποιήθηκαν σε ΟΛΑ ΤΑ ΒΗΜΑΤΑ με κρύο νερό και σαπούνι. Ε24. Καθάρισαν όλα τα υφάσματα; Αν όχι, ποια καθάρισαν;. Page 13 of 15

14 Ε25. Ποιος τύπος υφάσματος καθάρισε ευκολότερα;. Ε26. Υπάρχει ένας τύπος (ή περισσότεροι) λεκέδων που δεν αφαιρείται από τα δείγματα του υφάσματος Nano-Tex ; Ποιος τύπος; Γιατί πιστεύετε ότι συμβαίνει αυτό;. ΒΗΜΑ 4 Εξατάστε το Nano-Tex με γυαλόχαρτο. - Πρέπει να πάρετε 1 νέο κομμάτι Nano-Tex και ένα κομμάτι γυαλόχαρτο. - Δοκιμάστε το για να δείτε πόσο ανθεκτικό είναι το ύφασμα. Πρώτα, παρατηρήστε πώς κυλά το νερό από αυτό το ύφασμα. Κόψτε το κομμάτι στα δύο. Πάρτε ένα κομμάτι γυαλόχαρτο και τρίψτε το στην επιφάνεια του ενός από τα δύο κομμάτια. Εξετάστε τα όρια του υφάσματος! ΣΗΜΕΙΩΣΗ δεν συνιστάται η χρήση θερμότητας Ε27. Ο χειρισμός με το γυαλόχαρτο, τροποίησε τις ιδιότητες του υφάσματος Nano-Tex ; Πώς αυτό επηρρεάζει το ύφασμα;..... ΥΠΟΜΝΗΣΗ: Αυτό το πείραμα έχει εν μέρει προσαρμοστεί από τη δραστηριότητα Εφαρμογή: Nano-Tex, ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ: Ευχαριστούμε τη Nano-Tex, Inc. για την ευγένειά της να μας παρέχει ένα κομμάτι από το ύφασμα Nano-Tex textile (ανθεκτικό στις διαρροές), και για την παροχή των εικόνων αυτού του υλικού. Page 14 of 15

15 ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΤΕ ΑΥΤΕΣ ΤΙΣ ΕΙΚΟΝΕΣ ΓΙΑ ΝΑ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΕΤΕ ΤΙΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Ε4 ΚΑΙ Ε13 ΟΡΟΙ ΧΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ: Η πνευματική ιδιοκτησία αυτού του φωτογραφικού υλικού ανήκει στο inano, Aarhus University. Έχει χορηγηθεί άδεια για τη διανομή αυτού του υλικού. υπό την άδεια Creative Commons Attribute ShareAlike 3.0. Page 15 of 15