Schülerlabor iLUP

Welche Kosten kommen auf mich zu?
Das Angebot ist für Schulen kostenlos.
Reise- und Verpflegungskosten müssen selbst organisiert oder individuell getragen werden.
Da wir Gelder durch eine gute Öffentlichkeitsarbeit generieren können, freuen wir uns über schöne Bildaufnahmen während der Besuche.

Wie sieht es mit Verpflegung aus?
Eine Verpflegung (Essen und Trinken) wird durch uns nicht gestellt.
Fußläufig (5 Minuten) ist ein REWE und ein Dönerstand zu erreichen.

Wann ist das Schülerlabor?
Montags von 10-14 Uhr (siehe Reiter Anmeldung).
Die genauen Termine können Sie dem Anmeldeformular entnehmen.

Das Schülerlabor iLUP bietet derzeit Schulexperimente aus dem Forschungsgebiet der organischen Elektronik, der gedruckten Elektronik und Wasserstoff an.

Dazu wurden Experimente zum Bau von OLEDs und OPVs fachdidaktisch aufgearbeitet sowie spezielle Lernmodelle zur Elektrolumineszenz und Photovoltaik entwickelt.

Das Schülerlabor bietet den SchülerInnen die Möglichkeit aktuelle Forschungsthemen experimentell zu erkunden.

Dabei lernen Sie auch die Universität Potsdam und das Institut für Chemie kennen und treten in Kontakt mit Studierenden.

Durch das Schülerlabor gewinnen LehrerInnen einen Einblick in aktuelle Forschungsthemen und erhalten konkrete Impulse für den eigenen Unterricht.

Die StudentInnen betreuen, auf der Grundlage der Lehrveranstaltung der Chemiedidaktik im Master, SchülerInnen im Schülerlabor und gewinnen weitere Lehrerfahrung. Vorab haben die StudentenInnen die Möglichkeit die Schulexperimente selbst zu erproben.

Als Anknüpfung an die Lehrveranstaltungen der Chemiedidaktik bietet sich für die Studierenden die Möglichkeit Abschlussarbeiten anzufertigen.

Das Schülerlabor bietet für die fachdidaktische Forschung eine Plattform, um neu entwickeltes Unterrichtsmaterial (Experimente, Lernmodelle..) sowie neue Methoden (z.B. digitale Versuchsanleitungen) in authentischen Lernsettings mit Lernenden zu erproben.

Empfohlene Jahrgangsstufe: ab Klasse 9

Empfohlenes Vorwissen: Redoxreaktionen, Grundlagen der organischen Chemie

Beschreibung der Schülerlaboreinheit:

 „Für den Klimaschutz und eine sichere Energieversorgung muss sich Deutschland unabhängig von fossilen Brennstoffen machen. Wasserstoff als Ersatz für Erdgas, Öl und Kohle spielt dabei eine entscheidende Rolle.“ [1]

Mit dieser Aussage reagiert die Bundesregierung auf die prekäre Lage der Energieversorgung und des Klimaschutzes. Denn neben der bereits bestehenden Klimakrise führt uns der bestürzende Angriffskrieg gegen die Ukraine in eine nie dagewesene Energiekrise.

Doch welche Vor- und Nachteile bietet die Wasserstofftechnologie? Was verbirgt sich hinter den Schlagworten „grüner/blauer/grauer Wasserstoff“, „Power-To-Gas“ oder „Brennstoffzelle“? Und wie können wir Schüler*innen die naturwissenschaftlich-technischen Inhalte und Zusammenhänge anhand von einfachen low-cost Experimenten zugänglich machen?

Im Schülerlabor adressieren wir diese und andere Fragestellungen und präsentieren verblüffend einfache Experimente zur Wasserelektrolyse und zur Brennstoffzelle in einer TicTac®-Dose (Abb. 1) [2].

Abb. 1: low-cost Elektrolysezelle in einer TicTac®-Dose, zwei Eisennägel und einer Batterie

Literatur:

[1] https://nachhaltig-entwickeln.dgvn.de/; Zugriff: 30.11.2022

[2] https://banerji-lab.com/labhome-experiment-10; Zugriff: 30.11.2022

Empfohlene Jahrgangsstufe: ab Klasse 11

Empfohlenes Vorwissen: Redoxreaktionen, Elektrochemie, Galvanische Zelle

Beschreibung der Schülerlaboreinheit:

Im Schülerlabor präsentierten wir eine flexible Elektrolumineszenz-Folie, die über ein von uns entwickeltes Hand-Druckverfahren (analog zum industriellen Siebdruck) hergestellt werden kann [1]. Damit legten wir den Grundstein für die experimentell-didaktische Erschließung der Zukunftstechnologie Gedruckte Elektronik [2]. Darunter versteht man einen innovativen Forschungszweig, der sich darum bemüht, elektronische Bauteile und Systeme (u.a. Transistoren, Sensoren, Energiespeicher, LEDs, Solarzellen, RFID usw.) mittels Druckverfahren herzustellen. Dieser Ansatz ermöglicht es, Elektronik kostengünstig zu produzieren und effizient in Alltagsprodukte wie Verpackungen, Textilien oder Medizinprodukte einzubetten, um diese mit „smarten Funktionen“ auszustatten. Gedruckte Elektronik wird daher auch als Schlüsseltechnologie für das IoT (Internet of Things, zu Deutsch Internet der Dinge) gehandelt [3] und stellt somit einen hoch aktuellen Unterrichtskontext dar.

Im Rahmen einer Bachelorarbeit ist es unserer Arbeitsgruppe gelungen, das etablierte Hand-Druckverfahren auch auf die Herstellung einer flexiblen Zink-Braunstein-Zelle zu übertragen [4]. Genau genommen handelt es sich um eine Abwandlung des klassischen Leclanché-Elements (Abb. 1, links). Bei der gedruckten Variante liegen die Funktionsmaterialien als Tinten vor und werden mittels Rakel-Technik in dünnen Schichten auf flexible Substrate aufgetragen (Abb. 1, mittig). Zwei Kontakte aus Silberleitlack dienen als Anschlusspunkte für ein Messgerät oder einen Verbraucher. Die fertige Zelle ist dünn und flexibel und liefert eine Klemmspannung von ca. 1,4 V. Damit lässt sich ein kleiner Motor betreiben (Abb. 1, rechts). Als Substrat dient eine handelsübliche Overhead-Folie.

Abb. 1: Aufbauschema eines klassischen Leclanché-Elements (links). Aufbauschema der Hand-gedruckten Zink-Braunstein-Zelle (mittig). Foto der selbst hergestellten, flexiblen Zelle mit angeschlossenem Propeller-Motor (rechts).

Im Schülerlabor haben die Schüler*innen die Möglichkeit, selbst eine gedruckte Zink-Braunstein-Zelle herzustellen und zu untersuchen. Außerdem werden die theoretischen Hintergründe zum Experiment erläutert sowie ein Lehr-Lern-Koffer zur gedruckten Elektronik präsentiert.

Literatur:

[1] Halbrügge, A. Banerji, S. Rösler. WJCE, 9(4), 2021, 104-110.

[2] Wiklund, A. Karakoç, T. Palko, H. Yi ˘gitler, K. Ruttik, R. Jäntti, J. Paltakari. J. Manuf. Mater. Process, 89(5), 2021, 1-36.

[3] https://www.witte-technology.com/was-ist-eigentlich-iot-und-was-hat-es-mit-gedruckter-elektronik-zu-tun/, Zugriff: 04/2022

[4] Lüttich, M., Banerji, A., Gedruckte Elektronik Teil II – die handgedruckte Zink-Braunstein-Zelle, Chemkon, 2023, https://doi.org/10.1002/ckon.202200069

Empfohlene Jahrgangsstufe: ab Klasse 11

Empfohlenes Vorwissen: Elektrochemie, Organische Chemie, Doppelbindungen

Beschreibung der Schülerlaboreinheit:

Die Organische Elektronik beschäftigt sich mit Bauteilen auf Basis halbleitender oder leitender Materialien bestehend aus organischen Molekülen. OLEDs (organische Leuchtdioden) sind innovative und hocheffiziente Leuchtmittel, die bereits heute in den Displays moderner Smartphones und TV-Geräte verbaut werden. Aufgrund der Materialeigenschaften der verwendeten Moleküle können die elektronischen Bauteile in Zukunft flexibel und sogar per Druckverfahren hergestellt werden. Das Pendant zur OLED ist die OPV (Organische Photovoltaik). OPV-Zellen wandeln Licht mithilfe organischer Halbleiter effizient in elektrische Energie um und bieten dabei Vorteile wie geringe Herstellungskosten, geringes Gewicht und eine bessere Ökobilanz. Organische Solarzellen lassen sich sogar transparent gestalten und so in Glasfassaden einbauen. Ein äußerst motivierendes und lebensnahes Thema für Schülerinnen und Schüler.

Am Beispiel der Organischen Elektronik wird im Vortrag der Weg vom „Forschungslabor ins Klassenzimmer“ aufgezeigt. Dabei werden die theoretischen Grundlagen zu LEDs und Solarzellen mit Bezug zu organischen Halbleitern dargelegt und auf die Besonderheit der verwendeten Polymere eingegangen. Im live-Experiment wird außerdem der Bau einer low-cost OLED und OPV vorgeführt, die für den Unterricht an Schule, Hochschule oder Schülerlabor konzipiert wurden. Hierzu wird ein passender Experimentierkoffer präsentiert, der alle Elemente zum Bau von OLED- und OPV-Zellen bereithält.

Abb. 1: selbstangefertigte organische Leuchtdiode (OLED)

In diesem kurzen Video erfahren Sie mehr über unser Schülerlabor zur Organischen Elektronik:

Empfohlene Jahrgangsstufe: ab Klasse 9

Empfohlenes Vorwissen: Säuren, Basen, Neutralisation

Beschreibung der Schülerlaboreinheit:

In dieser Schülerlaboreinheit schnuppern die Schüler*innen in das „Labor der Zukunft“. Denn bereits heute erledigen in modernen Forschungslaboren Roboter repetitive Aufgaben wie Pipettieren oder Titrationen. Trotz der beruflichen Relevanz von Automatisierung und Robotik finden diese Themen im Chemieunterricht bisher kaum Beachtung. Daher haben wir diese Schülerlaboreinheit entwickelt und in unser Programm aufgenommen. Nach einem kurzen Input in die Thematik und den chemisch-fachlichen Grundlagen geht es ins Labor und die Schüler*innen bekommen die Aufgabe, einen automatischen Titrierroboter mithilfe von LEGO® Education Spike zu bauen und zu programmieren. Nach der Mittagspause geht es dann in die Runde zwei und die Lernenden bekommen die Gelegenheit, ihren Roboter zu optimieren und mit Features (z.B. Stimme verleihen oder automatisch die Konzentration berechnen) auszustatten. Denn zum Ende hin geht es in den Wettbewerb und die Roboter treten gegeneinander an. Welcher Roboter titriert am genauesten? Wer hat das beste Design und welche Zusatzfeatures haben sich die kreativen Köpfe überlegt? Die Sieger-Gruppe erhält die „Goldene Bürette“.