Student laboratory worksheet

NANOYOU Kit di Formazione sulle nanotecnologie per gli Insegnanti di studenti di età 14-18 anni
(Modulo esperimenti)
QUADERNO DI LABORATORIO PER GLI STUDENTI ESPERIMENTO D:
MATERIALI SUPERIDROFOBI
Nome dello studente:……………………
Data:…………………………………..
OBIETTIVO:
- Capire la presenza di nanostrutture nella composizione di un materiale naturale e in
che queste ne influenzano le proprietà
- Nuovi materiali avanzati che sono stati progettati in nanoscala per essere superidrofobi e loro
applicazioni
- Analisi di un nanomateriale funzionale attualmente sottoposto a ricerca presso iNANO
(attraverso un video)
- Analisi e test pratico su un tessuto superidrofobo
PRIMA DI COMPILARE QUESTO QUADERNO DI LABORATORIO:
- leggi l’INTRODUZIONE PER GLI STUDENTI per l’ESPERIMENTO D
- se hai dei dubbi, chiedi al tuo insegnante
MATERIALI:
- Diverse superfici da testare:
* 1 vetrino da microscopio
* 1 pezzo di plastica piatto di 10x10 cm (es. taglia un pezzo di plastica da una cartellina)
* 1 pezzo di foglio di alluminio piatto di 10x10 cm
* 2 pezzi di carta da filtro
* pezzi di tessuto da confrontare (circa 10x10 cm):
- 4 di Nano-Tex® (Resist Spill oppore Resist Stains and Spill)
- 3 campioni di tessuto 100% cotone
- 3 campioni di tessuto in fibra sintetica, come poliestere o tessuto misto cotone/poliestere (in
questo protocollo abbiamo usato un tessuto fatto per il 70% in poliestere e per il 30% in cotone)
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Le ricerche che hanno portato a questi risultati sono state finanziate dal Settimo Programma Framework della Comunità
Europea (FP7/2007-2013), contratto di concessione n° 233433
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(Modulo esperimenti)
- Diversi agenti macchianti da testare
* 1 bicchiere d’acqua, 1 bicchiere di succo di frutta e/o 1 di cola
* Aceto balsamico o vino (1 bicchiere)
* Olio da cucina (1 bicchiere)
* Ketchup (1 cucchiaio)
* Senape (1 cucchiaio)
* Maionese (1 cucchiaio)
* Terra (due manciate)
- Foglie di diverse piante (raccolte dal giardino della scuola o portate da casa)
* La foglia di una pianta comune, come l’edera
* Un pezzo di foglia di loto o di nasturzio
- Bottiglia da laboratorio piena d’acqua
- 5 contagocce (o pipette di Pasteur) per applicare gli agenti macchianti liquidi, coltelli o cucchiai di
plastica per applicare gli altri agenti macchianti
- Un secchio con detersivo da bucato e acqua (potreste doverlo condividere con tutta la classe)
- Un pezzo di carta vetrata di 10x10 cm
- 1 pennarello indelebile
- Diversi bicchieri di plastica per tenere l’acqua e gli agenti macchianti
- Diversi piatti di plastica dove mettere i materiali quando vengono condotti i test
- Colla da carta e forbici
DISCLAIMER: Questo esperimento non fa uso di sostanze chimiche ma solo di comuni elementi solidi e liquidi. Tuttavia, è
possibile macchiarsi durante le prove, quindi lavate con cura le mani e le superfici dopo averli maneggiati. Usate le
appropriate protezioni per gli abiti, indossate guanti e occhiali di protezione. Raccogliete tutti i liquidi e l’acqua usata per il
lavaggio in contenitori di plastic/vetro e smalti teli nel lavandino. Tutti gli esperimenti saranno effettuati a vostro rischio. La
Aarhus University (iNANO) e l’intero consorzio NANOYOU non si assumono alcuna responsabilità per eventuali danni o
perdite occorsi a seguito dell’esecuzione degli esperimenti qui descritti.
PROCEDIMENTO
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Testerai ora una serie di materiali, a partire da quelli più comuni per poi passare a quelli più avanzati.
Quando testi i materiali con acqua o altri liquidi/solidi, metti il materiale su un piatto di plastica per
raccogliere l’acqua e non sporcare. Fra un test e l’altro, getta via l’acqua raccolta!
1. Capire le proprietà di superficie: idrofilo e idrofobo
- Prendi le quattro superfici da testare: una lastrina di vetro, un pezzo di plastica, un folgio di alluminio e
la carta da filtro in cellulosa. Metti un paio di gocce d’acqua su ciascun materiale e registra le tue
osservazioni nella tabella che segue:
Materiale
Idrofilo o
idrofobo?
Commenti
Alluminio
Plastica
Carta da filtro
Vetro
Sulla base delle tue osservazioni visive, classifica i materiali come idrofili o idrofobi (completa la
tabella).
D1. La carta da filtro si è comportata come gli altri materiali? Se no, perché?
……………………………………………………
D2. Basandoti sulle tue osservazioni visive, ordina alluminio, plastica e vetro, a partire dal più idrofilo
fino al più idrofobo.
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Molto idrofilo
Molto idrofobo
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D3. Fra i materiali che hai testato finora, ne definiresti uno, o più di uno, “molto idrofobo”? Perché?
…………………………………………………………..
D4. Adesso taglia le foto che trovi nell’ultima pagina di questo documento e incollale nel box qui sotto
per ricreare lo stesso ordinamento che hai indicato alla D2. Scrivi sotto a ogni foto qual è secondo te il
materiale.
2. Analisi dei nanomateriali naturali: la foglia di loto (o nasturzio)
FASE 1
- Metti in un piatto di plastica una foglia di una pianta comune che hai raccolto (es., edera). Se ne hai
più di una, testale separatamente.
2. Analisi di un nanomateriale naturale: la foglia di loto (oppure la foglia di
Nasturzio)
FASE 1
- Metti dentro un piatto di plastica una foglia comune che hai raccolto (per esempio una foglia di
edera). Se ne hai più di una, provale una alla volta.
- Versa un po’ d’acqua su ciascuna foglia e osserva in che modo l’acqua rotola via dalla superficie. Usa
un secchio o un altro contenitore per raccogliere l’acqua. Tieni a portata di mano un tovagliolo di carta.
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- D5: Le gocce d’acqua bagnano la superficie della foglia (cioè, quando smetti di versare acqua, ne
rimane sulla foglia)? Dai una risposta per ciascun tipo di foglia che hai testato.
………………………………………………………………
………………………………………………………………
- D6: Le gocce d’acqua rotolano o scivolano sulla foglia?
……………………………………………………………..
FASE 2
- Adesso metti in un secondo piatto di plastica una foglia (o un pezzo di foglia) di loto o di nasturzio (a
seconda di ciò che ti è stato dato dall’insegnante).
- D7: Le gocce d’acqua bagnano la superficie della foglia (cioè, quando smetti di versare acqua, ne
rimane sulla foglia)? Dai una risposta per ciascun tipo di foglia che hai testato.
………………………………………………………………
- D8: Le gocce d’acqua rotolano o scivolano sulla foglia?
……………………………………………………………..
- D9: Cosa succede se metti la foglia in orizzontale sul banco da lavoro e la spruzzi d’acqua?
……………………………………………………………..
- D10: Riesci a fare in modo che una goccia rimanga ferma sulla superficie? È facile o difficile? Questo
cosa ti dice a proposito delle proprietà di superficie della foglia?
..............................................................
- Metti la foglia di loto o di nasturzio sotto l’acqua corrente.
D11: Anche dopo aver passato la foglia sotto l’acqua corrente, si bagna?
……………………………………………………………….
D12. Sulla base delle tue osservazioni, la foglia di loto (o di nasturzio) è più o meno idrofoba della
plastica?
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……………………………………………………………..
D13. Dove metteresti la foto dell’angolo di contatto della foglia di loto (fornita alla fine di questo
documento) nella graduatoria che hai indicato nella D4? Taglia di nuovo tutte le foto e crea qui sotto
un’altra scala, scrivendo sotto a ognuna il tipo di materiale.
FASE 3
- Guarda il Video 4 Lotus Effect®-Part 2 di NANOYOU, che mostra
una superficie progettata presso iNANO (Aarhus University), che ha
proprietà di superficie paragonabili a quelle della foglia di loto
(superidrofobe).
D14. Quali sono le similitudini fra il materiale di silicone poroso
mostrato nel video e la foglia di loto in termini di proprietà di
superficie?
………………………………………………………….
………………………………………………………….
………………………………………………………….
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3. Analisi di un nanomateriale funzionale. In questa parte dell’esperimento
analizzerai un tessuto progettato per replicare il Lotus Effect® e per avere
proprietà autopulenti
- Prendi 1 pezzo di Nano-Tex® e un pezzo di normale tessuto in
cotone. Mettili su una piastra di plastica.
- Versa un po’ d’acqua sui campioni. Se possibile, usa una foglia di
loto o di nasturzio per confronto.
D15. Il tessuto Nano-Tex® si comporta come il Lotus Effect® in
termini di bagnatura?
…………………………………………………..
- Adesso testerai il tessuto Nano-Tex® e lo confronterai con un normale tessuto di cotone e un tessuto
semi-sintetico. Per fare ciò, avrai bisogno di un totale di 3 pezzi di tessuto di cotone, 3 pezzi di tessuto
semi-sintetico e 4 pezzi di Nano-Tex® (ciascuno di circa 10x10 cm). Segui le fasi indicate sotto.
FASE 1.
Adesso dovresti testare il tessuto Nano-Tex® e confrontarlo con la normale fibra di cotone e semisintetica. In questa fase dovranno essere usati agenti macchianti liquidi (cola, aceto, olio, ecc.)
- Prendi un bicchiere di ciascuno dei liquidi che testerai (succo di frutta, cola, aceto o vino, e olio).
- Metti in fila i tre pezzi di diversi tessuti: a sinistra il cotone, in mezzo il tessuto semi-sintetico e a destra
Nano-Tex®. Scrivi su un pezzo di carta il tipo di tessuto e mettilo sotto a ciascun campione (come
nell’immagine qui sotto). Decidi in che ordine testerai i liquidi e scrivilo qui:
- Usando una pipetta, versa una goccia di ciascun liquido da testare su ciascun tessuto. Dovresti
lasciare le soluzioni sui tre tipi di tessuto per un periodo di tempo prefissato. Indicalo nella tabella qui
sotto. Esegui questo test in sequenza, un liquido e un tessuto alla volta.
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- Dopo il periodo di tempo prefissato, rimuovi delicatamente il liquido dai vari tessuti, usando un pezzo
di carta da cucina.
Registra le tue osservazioni nella tabella fornita. Scrivi se il liquido è stato assorbito, se è rimasto sulla
superficie del tessuto, se lo ha macchiato, e se è stato possibile rimuoverlo con il panno di carta.
Aggiungi eventuali altri commenti.
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Tempo di macchiatura con agente liquido: …………secondi (compila)
Materiale
Succo di frutta
Cola
Aceto o vino
Olio
Tessuto di cotone
Tessuto semi-sintetico
Nano-Tex®
D16. Hai riscontrato un’evidente differenza fra il tessuto Nano-Tex® e gli altri? Descrivi.
……………………………………………..
……………………………………………..
D17. Quanto è stato facile rimuovere le macchie liquide dal tessuto Nano-Tex®? È stato possibile
rimuovere tutte le macchie liquide?
…………………………………………….
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FASE 2
Adesso dovresti testare il tessuto Nano-Tex® e confrontarlo con un normale tessuto di cotone e un
tessuto semi-sintetico. In questa fase si dovranno usare macchie solide (maionese, senape, ecc.)
- Adesso testa i tre tipi di tessuti con i “solidi” scelti: ketchup, senape,
maionese. Tieni un po’ di carta a portata di mano.
- Prendi tre nuovi pezzi di tessuto, uno per tipo. Metti un po’ di ciascun
solido su ogni tessuto. Una un cucchiaio o una spatola per farlo. Su uno
spazio disponibile, segnalo con un pennarello indelebile (vedi Figura).
- Per confrontare i tessuti, dovrai fissare un tempo di macchiatura per l’esperimento (es. 5 min).
- Dopo un intervallo di tempo prestabilito (es. 5 min), rimuovi i solidi dai tessuti, usando un panno
umido.
NOTA! Fai attenzione a non mescolare i diversi solidi.
Nella tabella sottostante, registra le tue osservazioni su come ciascun solido macchia il tessuto.
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Tempo di macchiatura con agente solido: …………secondi (compila)
Materiale
Ketchup
Senape
Maionese
Pennarello
indelebile
Tessuto di cotone
Tessuto semi-sintetico
Nano-Tex®
D18. Hai riscontrato un’evidente differenza fra il tessuto Nano-Tex® e gli altri? Descrivi.
……………………………………………..
……………………………………………..
D19. Quanto è stato facile rimuovere le macchie di terra dal tessuto Nano-Tex®? È stato possibile
rimuovere tutte le macchie solide?
……………………………………………..
……………………………………………..
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FASE 3
Adesso dovresti testare il tessuto Nano-Tex® quanto alla resistenza allo sporco e confrontarlo con il
normale cotone e una fibra semi-sintetica. In questa fase si usa la terra.
-Prendi tre nuovi pezzi di tessuto, uno per tipo.
- Metti un po’ di terra al centro di ciascun pezzo, piega il tessuto e
sfregalo. Poi apri ciascun pezzo di tessuto, togli la terra e osserva.
D20. Tutti i tessuti si sono sporcati? Allo stesso modo? Descrivi.
………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………..
- Adesso prova a pulire a mano i tessuti usati nella FASE 3.
D21: Sei riuscito a pulire i tessuti? Ci sono differenze evidenti fra loro? Descrivi.
……………………………………………………………
D22. Uno dei tessuti è risultato del tutto pulito e sembrava nuovo?
…………………………………………………………….
D23. Quale tessuto è stato pulito con più facilità?
…………………………………………………………….
- Adesso cerca di pulire i tre tessuti usati in TUTTE LE FASI con acqua fredda e sapone.
D24. I tessuti sono risultati tutti puliti? Se no, quali si sono puliti?
…………………………………………………………….
D25. Quale tessuto è stato pulito con più facilità?
…………………………………………………………….
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D26. C’è un tipo di macchia (o più tipi) che non è stato possibile rimuovere dai campioni di Nano-Tex®?
Quale/i? Secondo te, perché?
…………………………………………………………….
FASE 4 Testa Nano-Tex® con la carta vetrata.
- Prendi adesso un nuovo pezzo di Nano-Tex® e un pezzo di carta vetrata.
- Effettua un test per vedere quanto è resistente il tessuto. Per prima cosa, osserva in che modo l’acqua
rotola via dal tessuto. Taglia il pezzo di tessuto in due parti. Poi prendi un pezzo di carta vetrata e
sfregalo sulla superficie di uno dei due pezzi. Testa il tessuto fino al suo limite! N.B. Non è consigliato
l’uso del calore.
D27. Il trattamento con la carta vetrata ha alterato le proprietà del tessuto Nano-Tex®? In che modo ha
influenzato il tessuto?
………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
CREDIT NOTE:
Questo
esperimento
è
stato
parzialmente
http://mrsec.wisc.edu/Edetc/IPSE/educators/nanoTex.html.
adattato
dall’esercizio:
Nano-Tex,
RINGRAZIAMENTI:
Ringraziamo Nano-Tex, Inc. per aver gentilmente fornito un pezzo del tessuto Nano-Tex® (resistente alle gocce), e
per
aver
fornito
le
immagini
di
questo
materiale
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USA QUESTE IMMAGINI PER RISPONDERE ALLE D4 E D13
TERMINI DI UTILIZZO DELLE IMMAGINI: Queste immagini sono un copyright di iNANO, Aarhus University. È stato concesso il permesso di
condividere e distribuirle sotto la licenza Creative Commons Attribute ShareAlike 3.0.
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