Auricher Wissenschaftstage –
Forum einer dritten Kultur
Praktikum am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung
in Stuttgart vom 26. März bis zum 4. April 2007
Von Hauke Ehmen,
Mustafa Fatah, Wiebke Janßen und Philipp Rüssmann
Unser Chromgelb
Chemie: Abteilung Simon
Thema: Pigmente
Betreuer: Dr. Constantin Hoch
An unserem ersten Tag am Institut durften wir selbst Pigmente herstellen (Cobaldferrit, Berliner Blau und Chromgelb) und machten sowohl eine qualitative wie auch eine quantitative Analyse von Pigmenten. So untersuchten wir, ob in Deckweiß Titanoxid enthalten war und machten einen quantitativen Nachweis von Fe2O3.
Am Nachmittag erhielten wir dann eine Führung durch die Abteilung, wir sahen uns Caesium an. Interessant hierbei ist, dass Caesium eine sehr niedrige Schmelztemperatur hat, so konnten wir das in einer Glasampulle befindliche Caesium in unserer Hand allein durch die Körpertemperatur schmelzen sehen.
Abteilung Kristallzucht
Thema: Alaunkristalle
Betreuerin: Frau Lacher
Unsere Kristallkeime unter der Lupe
Die Kristalllösung
Am Vormittag des 27. April begannen wir, unsere eigenen Kristalle aus einer gesättigten Alaunlösung zu züchten. Ab diesem Tag mussten wir jeden Mittag in die Kristallzucht, um unsere Lösungen zu wechseln.
Am Nachmittag dann wurden wir von Herrn Lauck durch die Abteilung geführt und er erklärte uns verschiedene Methoden der Kristallzucht.
Außerdem bekamen wir an diesem Tag die hauseigene Heliumverflüssigung erklärt. Da Helium sehr teuer und der Verbrauch im Haus sehr hoch ist (flüssiges Helium wird zum Kühlen verwendet, es hat eine Temperatur von ca. -270°C, was fast dem absoluten Nullpunkt entspricht), wird dieses durch ein Rückführsystem immer wieder zurück in die Verflüssigung geleitet und von neuem verflüssigt.
Dieses Pulver wird nach dem Backen zu einer Keramik
Chemie: Abteilung Maier
Thema: Keramiken
Betreuerinnen: Frau Merkle / Frau Fuchs
An diesem Tag maßen wir zuerst selbst eine Mischung für eine Keramik ab, anschließend machten wir einige Messreihen zur Leitfähigkeit von Keramiken.
Chemie: Abteilung Jansen
Thema: Fullerene
Betreuer: Herr Epple
Hier entstehen gerade Fullerene
Der Doktorand Herr Epple beschäftigt sich mit Fullerenen. Dies sind hohle, kugelförmige Kohlenstoffverbindungen, deren Eigenschaften untersucht werden. In diese kugelförmigen Verbindungen können andere Stoffe eingefügt werden, so dass man viele neue Stoffe kreieren kann.
Unter anderem wurde uns in dieser Abteilung die Herstellung von Fullerenen demonstriert. Durch eine Spule wird hierzu Grafit (eine Kohlenstoffverbindung) stark erhitzt, bis es in die Gasphase eintritt. Unter Druck entstehen dann die Fullerene. Anschließend müssen dann diese Fullerene noch „sortiert“ werden (es gibt Fullerene mit unterschiedlich vielen Kohlenstoff-Verbindungen). Dies geschieht durch Chromatographie (Trennung nach Farbe) und Massenspektrometer.
Anschließend werden die so entstandenen „Fulleren-Lösungen“ kristallisiert, so dass Einkristalle entstehen. Diese können dann durch ein Röntgendefraktogramm analysiert werden. Bei diesem Verfahren werden Röntgenstrahlen auf den Kristall geschossen. In dem Kristall wird das Licht gebrochen und es entsteht auf einem hinter dem Kristall angebrachten Schirm ein Beugungsmuster. Aus diesem kann dann durch Berechnungen die Kristallstruktur abgeleitet werden.
Abteilung Hochdruck
Thema: Verhalten von Stoffen unter Hochdruck
Betreuer: Herr Dr. Syassen
Am Anfang unseres fünften Tages am MPI erklärte uns Herr Syassen einige grundlegende Dinge über Hochdruck. Die Drücke, mit denen im Labor gearbeitet wird, betragen etwa 100 bis zu 350 GigaPascal. Dieser Druck entspricht etwa dem Druck, der am Erdmittelpunkt herrscht.
Im Labor werden diese hohen Drucke durch „Diamantstempel-Druckzellen“ erzeugt. Hierbei wird ein Ring aus einem sehr stabilen Metall mit einem kleinen Loch in der Mitte zwischen zwei abgeflachte Diamanten gelegt. In dieses kleine Loch wird die zu untersuchende Probe gegeben. Die Diamantstempel werden dann in eine Vorrichtung gespannt, die man manuell immer weiter zusammenschrauben kann. Damit man weiß, wie hoch der Druck in dieser Hochdruckzelle ist, wird eine winzige Rubinkugel hinzugegeben. Rubin ändert bei höher werdendem Druck seine Farbe bei Laserbestrahlung. Aus dieser Farbänderung kann man den in der Zelle herrschenden Druck errechnen.
Wenn Stoffe hohem Druck ausgesetzt sind, ändern sie ihre Molekülstrukturen, z. B. „rücken“ die einzelnen Atome immer weiter „zusammen“, um im für sie besten energetischen Zustand zu sein. So konnten wir beobachten, wie Wasser unter hohem Druck immer wieder seine Struktur veränderte und sich flüssige und feste Stadien abwechselten.
Abteilung Kern
Thema: Untersuchungen an einkristallinen Metalloberflächen
Betreuer: Herr Ast
Vor und nach der Vakuumbehandlung
In dieser Abteilung werden einkristalline Metalloberflächen untersucht. Dies geschieht z. B. durch Rastertunnelmikroskopie. Hierbei wird eine winzig kleine Spitze, sie ist nur einen Atom groß, über die Oberfläche gefahren und diese so „vermessen“.
Um uns zu demonstrieren, wie man an einem Institut wie dem MPI einen Versuch plant, aufbaut und durchführt, machten wir zusammen eine kleine Versuchsreihe, bei der wir das Verhalten von Stoffen im Vakuum untersuchten. Hierzu mussten wir zuerst die nötigen Materialien aus dem Forscherbedarfslager holen, anschließend dann den Versuch aufbauen und durchführen. Wir untersuchten das Verhalten von Wasser, dieses beginnt zu köcheln, von Marshmellows, die im Vakuum stark vergrößert wurden, da sich die Luft im Innern ausdehnte, und einer Vakuumkaffeeverpackung, diese blähte sich stark auf, da das Vakuum in der Tüte geringer war als außen herum.
Abteilung organische Elektronik
Thema: Transistoren
Betreuerin: Frau Dr. Zschieschang
Reinraum-Kleidung
Am 3. und 4. April waren wir jeweils vormittags in dieser Abteilung. Hier werden Transistoren auf unterschiedliche Materialien wie beispielsweise Glas oder Folie aufgedampft. Dies geschieht in einem Reinraum, in dem die Staubpartikelanzahl vermindert ist. Daher muss entsprechende Kleidung getragen werden. Wir durften an diesen Tagen einen eigenen Transistor herstellen und anschließend die Leitfähigkeit messen. (Sogar unser eigener Transistor hat funktioniert, was uns alle sehr gefreut hat.)
Abteilung Optik und Spektroskopie
Thema: Laser
Betreuer: Herr Dr. Zentgraf
Laserstrahl auf Sparflamme
(ansonsten wären wir jetzt blind)
Nach der Mittagspause waren wir an diesen Tagen jeweils in der Abteilung, die sich mit Optik beschäftigt. Hier wird mit sehr starken Lasern gearbeitet.
Wir bekamen jeweils zu zweit eine Aufgabe gestellt. An einem Tag mussten wir mit Laser, Strahlteiler und Spiegeln selbst ein Interferometer aufbauen, am anderen mit Hilfe eines Geodreiecks und Taschenrechners berechnen, wie viele „Gittereinkerbungen“ sich in einem Beugungsgitter befanden, das einen Laserstrahl gebeugt hatte, und eine Formel hierfür aufstellen. Da uns Herr Zentgraf immer für Fragen bereitstand und uns auch einige Tipps gab, konnten wir beide Aufgaben erfolgreich lösen und waren am Ende des Tages alle vier ein bisschen stolz auf uns. :-)
Unsere Kristalle: Nachher … vorher
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir unser Praktikum wirklich sehr genossen haben. Hatten wir vor der Abfahrt alle noch ein wenig Angst, vielleicht ein bisschen im Weg stehen zu werden, haben uns am Institut alle sehr nett aufgenommen, sich viel Zeit für uns genommen und waren immer offen für Fragen, sodass wir uns die ganze Zeit über sehr wohl fühlten und nach zwei Wochen mit dem Gefühl wieder abfuhren, viel gelernt zu haben und um einige große Erfahrungen reicher zu sein.
Wir würden es wirklich allen raten, die diese Möglichkeit bekommen, auch einmal ein wenig Forscherluft zu schnuppern.
