UNTERRICHTSMATERIAL
Laser- Interferenzstrukturierung
© NaT-Working Advanced Materials, Schülerblatt 5
(Ausschnitt)

NaT-Working Advanced Materials

Das Projekt "NaT-Working Advanced Materials" beinhaltet insgesamt vier Versuchsreihen zu Anwendungen in der Materialwissenschaft und modernen Werkstoffen.
Versuch 1: Beugungsphänomene und biologisch inspirierte Materialstrukturierung
In dieser Versuchsreihe geht es um die Wechselwirkung von Licht mit Strukturen die im Größenbereich der Wellenlänge des Lichts liegen und um die Erzeugen solcher Mikrostrukturen.
Im Versuch werden Beugungsmuster von verschiedenen Linienstrukturen erzeugt. Dafür wird mit einem Laserpointer auf die zu untersuchenden Strukturen, geleuchtet und auf einem Schirm die entstehenden Beugungsmuster ausgewertet. Mit Hilfe der theoretischen Grundlagen, welche im zum Versuch dazugehörigen Skript enthalten sind, kann auf die Strukturen geschlossen werden.
Versuch 2: Biege- und Härteversuch
In dieser Versuchsreihe geht es um das Messen von Werkstoffkenngrößen mittels Härte- und Drei-Punkt-Biegeprüfung. Desweiteren wird der atomare Aufbau von Metallen besprochen und wie dieser mit den zu messenden Werkstoffkennwerten zusammenhängt.
Härteversuch:
Bei der Härtemessung wird eine Hartmetallspitze mit einer vorgegebenen Kraft in die Probe gedrückt. Diese Hartmetallspitze hat eine Pyramidenform. Durch das Messen der beiden Diagonalen unter dem Lichtmikroskop oder mit einer Lupe kann so auf die Härte des Materials geschlossen werden.
Biegeversuch:
Bei der Drei-Punkt-Biegeprüfung wird eine Probe auf zwei Auflager gelegt, welche die Probe nur an den beiden Enden unterstützen und die Probe mit wachsender Kraft in der Mitte durchgebogen. Dabei wird die Durchbiegung in Abhängigkeit von der Kraft gemessen.
Bei beiden Versuchsreihen werden dabei verschiedene vorbehandelte Bleche eingesetzt. Dabei fällt auf, dass obwohl die Bleche die gleiche chemische Zusammensetzung haben, sie verschiedene mechanische Eigenschaften besitzen.
Versuch 3: Formgedächtniseffekt
In dieser Versuchsreihe wird der Formgedächtniseffekt einiger Materialien verdeutlicht und seine materialwissenschaftlichen Grundlagen erläutert.
Der Formgedächtniseffekt beschreibt das Phänomen, dass bestimmte Legierungen nach starker makroskopischer Verformung ihre ursprüngliche Form durch Wärmezuführung wieder einnehmen können. Bei den Versuchen wird ein Nitinol-Draht stark deformiert und einmal mit Strom, heißem Wasser und einem Fön erhitzt und so in seine Ausgangsform gebracht.
Versuch 4: Der inverse piezoelektrische Effekt
In dieser Versuchsreihe geht es um die Erläuterung des inversen piezoelektrischen Effekts
Wird an ein piezoelektrisches Material eine elektrische Spannung angelegt, so verformt sich das Material aufgrund der angelegten Spannung. Dies nennt man den inversen piezoelektrischen Effekt.
Im Versuch soll die proportionale Abhängigkeit der messbaren Auslenkung eines piezoelektrischen Biegeaktuators von der angelegten elektrischen Spannung hergeleitet werden. Des Weitern wird der Aufbau von modernen Geräten, wie zum Beispiel einem Lautsprecher, besprochen.
Fachgebiet NwT
Bezug zuChemie, Physik
ThemaOptik
StichwortBeugung, Fraunhoferlinien, geometrische Optik, Interferenz, Materialprüfung, Strahlenoptik, Tintenstrahldrucker, Wellenoptik, Formgedächtniseffekt
Klassenstufe Oberstufe
BildungsplanbezugOptik, Aufbau von Festkörpern, Festkörpereigenschaften, angewandte Chemie und Physik
VoraussetzungenExperimentierkoffer
Zeit 5 Stunde(n)

Kontakt

info@schuelerlabor-sam.de
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