Секція 1

Секція 1
Igor Startschenko
Charkiwer Nationale Karasin-Universität
Graphen. Wunderbares Bleistift
Seit Menschen mit graphithaltigen Bleistiften schreiben, haben sie, wenn auch
unwissentlich, Graphenschichten erzeugt. So auch Geim und Novoselov, als sie in
ihrem Labor im Institut für Mikroelektronik an der University of Manchester im Jahr
2004 eine oxidierte Siliziumscheibe mit Graphit bestrichen und anschließend mit
einem Mikroskop betrachteten. Nach längerer Suche entdeckten sie einige
Mikrometer große und Bruchteile von Nanometern dicke Kohlenstoffplättchen, in
denen die Atome wie in normalem Graphit ein Bienenwabenmuster formten. Nur
dass sie aus einer einzigen Lage Atomen bestanden und perfekte zweidimensionale
Kristalle bildeten. Das Material, das obendrein lichtdurchlässig war, erwies sich als
ungewöhnlich robust und chemisch stabil, obwohl es ständig Luftsauerstoff
ausgesetzt war.
Es waren die elektrischen Eigenschaften des Materials, die sofort das Interesse
der beiden Forscher und schnell auch anderer Wissenschaftler weckten. Graphen
leitet den elektrischen Strom zwar nicht so gut wie ein Metall, aber viel besser als ein
Halbleiter, etwa Silizium. Die Leitungselektronen können sich zwischen den perfekt
geordneten Atomrümpfen knapp einen Mikrometer weit bewegen, ohne zu
kollidieren. Dabei erreichen sie Geschwindigkeiten von etwa tausend Kilometern pro
Sekunde. Da solch mobile Elektronen schnelle elektronische Schaltvorgänge auslösen
können, lag die Idee nahe, Transistoren aus Graphen zu bauen, um mit diesen
Schaltern elektrische Signale mit extrem hoher Frequenz zu verarbeiten.
Inzwischen haben nicht nur Geim und Novoselov flinke Transistoren aus
Kohlenstoff entwickelt, die mit den gebräuchlichen Pendants aus Silizium
konkurrieren können. Auch andere Forschergruppen widmen sich intensiv der
„Graphenelektronik“. Das Material schickt sich an, die Nanoröhrchen aus
Kohlenstoff zu verdrängen, die bislang als das Wundermaterial der Nanoelektronik
gehandelt wurden. Doch bis im industriellen Maßstab Transistoren aus Graphen
produziert werden können, die in Handys, Laptops oder Displays verwendet werden,
ist es noch ein weiter Weg. Derzeit mangelt es noch an effizienten Verfahren zur
Herstellung fehlerfreier Graphenschichten.
Eher könnte die Werkstoffforschung von den Eigenschaften des Graphens
profitieren. So wird nichtleitender Kunststoff plötzlich leitfähig, wenn man ein
Prozent an Graphen beimischt. Gleichzeitig steigt seine Stabilität gegenüber
mechanischen Belastungen und Hitze, was man zum Bau von Karosserien nutzen
könnte. Forscher haben vor kurzem empfindliche Sensoren auf der Grundlage von
Graphen entwickelt. Die Instrumente registrieren rasch, wenn sich geringste Mengen
an Schadstoff in der Umgebungsluft befinden. Der Sensor springt an, sobald sich
einzelne Fremdmoleküle auf der Kohlenstoffschicht abgelagert haben. Nur wenige
Entdeckungen haben so rasch das Nobelkomitee in Stockholm überzeugt wie
diejenige von Geim und Novolesov. Letzterer ist übrigens nach Rudolf Mößbauer
(Physik-Nobelpreis 1961) der jüngste Träger dieser besonderen Auszeichnung.
Weil
Graphen
nur
2004
entdeckt
wurde,
interessieren
sich
viele
Wissenschaftler dafür und betrachten verschiedene Varianten für seine Verwendung.
In Nanoröhrchen, Fullerenen oder Kohlefasern, als Graphit oder Diamant zeigt
Kohlenstoff seine vielfältigen Eigenschaften. Erst vor drei Jahren erweiterten isolierte
Graphen-Lagen – ein Atom dünne Kohlenstoffschichten – das Portfolio der extrem
stabilen Kohlenstoffmaterialien. Amerikanischen Forschern gelang es nun, einzelne
Graphenschichten zu dickeren papierartigen Folien zu vereinen. Wie sie in der
Zeitschrift "Nature" berichten, könnte dieser neue Werkstoff für Membranen,
Superkondensatoren und als Basis für stabile Kompositwerkstoffe genutzt werden.
Der amerikanischen Arbeitsgruppe gelang es, Graphit in einzelne Schichten zu
zerlegen und diese dann auf verschieden Wegen wieder zusammenzusetzen. Dazu
oxidierte Ruoff zuerst schlichtes Graphit zu Graphitoxid. Etwa an jedem zweiten
Kohlenstoffatom hängt sich dabei ein Sauerstoffatom an. In einem Wasserbad unter
Ultraschall stoßen sich darauf die Sauerstoffatome von den Wassermolekülen ab. Die
Folge:
das
Material
trennt
sich
in
einzelne
Graphenoxid-Schichten
auf.
Unter einem Rasterelektronenmikroskop und mithilfe von Röntgenbeugungsmustern
analysierten Ruoff und Kollegen ihre Graphenoxid-Folien. Mit den Sauerstoffatomen
als Abstandshalter ordneten sich die einzelnen Graphenlagen in einer Distanz von
0,83 Nanometern an. Jeweils sechs bis sieben Lagen bildeten einen geordneten Stapel
von etwa fünf Nanometern Dicke. Viele dieser Stapel übereinandergeschichtet
formten den neuen Graphenwerkstoff. Unter Belastung erwies sich dieses Material
bis zu zehnmal stabiler als flexible Graphitfolien. Das Elastizitätsmodul, ein Wert für
die Bruchfestigkeit eines Werktstoffs, bestimmten die Forscher auf bis zu 42
Gigapascal. Damit stellt Graphenoxid-Papier selbst vergleichbare Folien auf der
Basis
von
Kohlenstoff-Nanoröhrchen
in
den
Schatten.
Flexibel und extrem stabil bietet sich dieses Graphenoxid als Basis für vielseitige
Kompositwerkstoffe kombiniert mit Polymeren, Metallen oder Keramiken an, die
herkömmliche Kohlefasermaterialien ersetzen könnten. Zudem lassen sich über den
Anteil an Sauerstoff die elektronischen Eigenschaften gezielt verändern. Es lassen
sich sowohl Isolatoren als auch gute elektrische Leiter aus diesem Material herstellen.
Hier
liegen
die
Anwendungsgebiete
beispielsweise
bei
so
genannten
Superkondensatoren als kurzfristige Stromspeicher. Da sich neben Sauerstoff auch
weitere Molekülgruppen an die Graphenschichten anlagern lassen, könnten viele
neue Werkstoffe mit unterschiedlichsten chemischen Eigenschaften bei großer
Stabilität entwickelt werden. "Diese Kombination aus exzellenten mechanischen
Eigenschaften und der chemischen Veränderbarkeit sollte Graphenoxid-Papier zu
einem aufregenden Material machen", schließen die Forscher ihren Nature-Bericht.
Man kann sagen, dass die Entdeckung von Graphen ist ein der wichtigsten
Ereignisse in der wissenschaftlichen Welt ist. Seine seltenen Eigenschaften
garantieren ihm zahlreiche Perspektiven und ein besonderes Interesse in der nähen
Zukunft.
Literaturverzeichnis
1. Jannik C. Meyer, A. K. Geim, M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, T. J. Booth
und S. Roth, The structure of suspended graphene sheets, Nature 446, 60 (2007)
2. Pitkethly, M. J. Nanomaterials—the driving force. Nanotoday 7, 20–29 (2004).
3. Andre K. Geim, Philip Kim: Wunderstoff aus dem Bleistift. In: Spektrum der
Wissenschaft. Nr. 8, 2008, S. 86–93.
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Julija Psurzewa
Alina Kutschkowa
Charkiwer Nationale Karasin-Universität
Schwarze Zeiten für die weißen Paradiese?
Ausbeuten tabu: Hände weg von den Polregionen!
Die Arktis und Antarktis gehören zur letzten noch unberührten Wildnis auf der
Erde, Leider sind die Regionen am Nordpol und Südpol durch den Klimawandel die
Industrialisierung und das unkontrollierte Ausbeuten natürlicher Ressourcen massiv
bedroht. Düstere Aussichten nicht nur für die zwei eisigen Naturparadiese, sondern
für die ganze Welt. Doch wenn wir jetzt handeln, gibt es noch Hoffnung.
Sie bestimmen das weltweite Wetter, sind Motor der Meeresströmungen, und
sorgen damit auch für die Verteilung lebenswichtiger Nährstoffe im Meer: Die Arktis
und die Antarktis sind elementare Dirigenten der unserem Planeten. Verändern die
Bedingungen an den Polen, verändert sich auch unsere Welt. Das Wetter, die Natur,
alles Leben gerät aus der Balance.
In den kältesten Regionen der Erde ist erstaunlich viel Leben: Beide
Polarregionen sind das Zuhause einer einzigartigen Pflanzen- und Tierwelt, die sich
an die extremen Umweltbedingungen perfekt angepasst hat.
Zu den berühmten frostfesten Polartieren gehören zum Beispiel die Eisbären in
der Arktis und die Kaiserpinguine in der Antarktis. Die Polarmeere bieten ihnen
reichlich Futter, ebenso Seevögeln wie dem Albatros und Papageitaucher sowie
Meeressäugern wie Walross und Finnwal. Auch Menschen bewohnen die Pole: Die
Arktis ist seit Jahrtausenden. die Heimat indigener Völker wie der Inuit. In der
Antarktis dagegen halten sich nur vorübergehend einige Wissenschaftler auf.
Folge des Klimawandels: Tauwetter an den Polen
Sowohl die Arktis als auch die Antarktis sind schon heute massiv vom Klima
wandeln betroffen. Die Arktis erwärmt sich derzeit schneller als der Rest der Erde.
Eine der gravierendsten Folgen ist der rapide Rückgang des Eises. An manchen
Stellen wird es dünner, an anderen schwindet es ganz. Um aktuelle Veränderungen in
der Arktis durch den Klimawandel zu untersuchen besonders Gletscherabbrüche und
Eisschmelze, fährt Greenpeace mit Wissenschaftlern im Sommer 2009 in die Arktis.
Drei Monate wird das Expeditionsschiff „Arctic Sunrise" unterwegs sein.
In der Antarktis sind die extremsten Veränderungen auf der Antarktischen
Halbinsel zu beobachten. In den vergangenen 50 Jahren brächen dort sage und
schreibe 14.000 Quadratkilometer Schelfeis abeine Fläche knapp so groß wie das
Bundesland Schleswig-Holstein. Das Eis ist das Fundament der polaren Ökosysteme;
schrumpft und schwindet es, hat dies erhebliche negative Folgen für alle
Polbewohner. Zum Beispiel gehen mit dem Eis in der Antarktis auch die KrillBestände zurück. Die winzigen Krebse leben und finden ihre Nahrung unter Eis,
nicht im offenen Meer. Ausgerechnet Krill bildet die Basis der antarktischen
Nahrungskette. Bricht die Basis weg, folgen die anderen Glieder der Kette: Wovon
sollen sich Wale, Robben und Pinguine in Zukunft ernähren?
Eisfrei = Weg frei zur Ausbeutung!
Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Polarregionen können nicht mehr
verhindert werden. verhindert werden. Wir können den Schaden nur noch begrenzen,
indem wir den Klimawandel begrenzen. Doch es gibt natürlich auch Menschen, die
das schmelzende Eis begrüßen: Im arktischen Ozean werden große Öl- und
Gasvorkommen vermutet. Das zurückgehende Eis könnte eine Ausbeutung schon
bald möglich machen. Ein Teufelskreis: Werden diese fossilen Rohstoffe gefördert
und verbrannt, heizen sie das Klima noch weiter an. Auch die reichen
Fischvorkommen in der Arktis locken: Die hoch industrialisierten Fangflotten werden
in Zukunft wohl immer tiefer in die arktischen Gewässer vordringen. Parallel ist ein
Anstieg des Schiffsverkehrs zu erwarten, wenn die Nord-West- sowie Nord-OstPassage eisfrei zu Frachtrouten werden. Nicht auszudenken, was ein Tankerunglück
in dem hochsensiblen Ökosystem anrichten würde.
Ohne Verträge gibt es keinen Schutz.
In der Arktis ist es derzeit schwierig, das gefährliche Vordringen der Menschen
zu stoppen, da es bisher nur ein Flickwerk verschiedener, rechtlich meist
unverbindlicher Regularien gibt. Dringend erforderlich ist daher ein übergeordnetes
Abkommen, das sowohl den Schutz als auch die Nutzung der Ressourcen steuert und so die Tür für nicht-nachhaltige Ausbeutung und Illegalität verschließt.
In der Antarktis sind menschliche Aktivitäten seit 1961 durch den
Antarktischen Schutzvertrag geregelt. 1991 gelang Greenpeace nach langjähriger
Kampagnenarbeit unter dem „Weltpark Antarktis„ ein wichtiger Erfolg: 26 Staaten
unterzeichneten ein Schutzabkommen (das 1998 in Kraft trat), welches die Förderung
von Mineralrohstoffen für einen Zeitraum von 50 Jahren verbietet. Das Abkommen
erklärt die Antarktis zu einem „dem Frieden und der Wissenschaft gewidmeten
Natur-Reservat". Nach vielen jähren der Verhandlungen wurde dieses Moratorium als
gerechteste und umweltsicherste Lösung verabschiedet, und es konnte auch die
verschiedenen internationalen Diskussionen um die Ölreserven unter dem Eis
beruhigen. Eine Lösung, die Vorbild für die Arktis sein sollte.
Doch trotz Schutzvertrag ist die Antarktis nicht vor Gefahren sicher. Neben
den Einflüssen des Klimawandels regiert auch hier die Gier nach Ressourcen, die
durch das Moratorium nicht abgedeckt sind. Ein Beispiel ist die zum Teil illegale
Jagd auf den Schwarzen Seehecht - ein Fisch, der aufgrund seiner späten
Geschlechtsreife schnell überfischt ist.
Touristen kommen, um die „heile Welt" zu sehen
Noch bieten die Arktis und Antarktis einen Augenschmaus für Naturfreunde.
Während der Norden längst ein beliebtes Expeditions- und Reiseziel ist, steigt der
Tourismus auch in der Antarktis seit etwa zehn Jahren stark an. In der Saison
2007/2008 besuchten an die 40.000 Touristen den südlichsten Kontinent. Immer
mehr Kreuzfahrtschiffe ankern vor den eisigen Küsten. Die Gäste werden zumeist in
Schlauchbooten um die Eisschollen chauffiert, mit dem Ziel, Pinguine, Robben oder
sogar Wale aus der Nähe zu beobachten. Wildnis zieht magisch an, an ihre Störung
oder Zerstörung denkt leider kaum jemand. Mehr als unsere Bewunderung benötigen
die beiden Polarregionen unseren Schutz. Dazu gehört ganz klar eine drastische
Reduktion der weltweiten Treibhausgas-Emissionen. Aber dies allein reicht nicht aus.
Die Vereinten Nationen und alle Regierungen der Welt sind aufgerufen, die letzten
Naturparadiese unserer Erde mit gezielten Maßnahmen zu erhalten.
Greenpeace ist eine internationale Umweltorganisation, die mit gewaltfreien
Aktionen für den Schutz der Lebensgrundlagen kämpft. Unser Ziel ist es,
Umweltzerstörung zu verhindern, Verhaltensweisen zu indem und Lösungen
durchzusetzen, Greenpeace ist überparteilich, politisch und finanziell unabhängig
und nimmt keine Gelder von Regierungen, Parteien oder der Industrie.
Greenpeace fordert:

ein Moratorium gegen industrielle Ausbeutung für den Bereich des
arktischen Ozeans, dar bisher ganzjährig von Eis bedeckt war.

Das
Moratorium
muss
so
lange
in
Kraft
bleiben,
bis
ein
rechtsverbindliches übergeordnetes Rahmenwerk verabschiedet ist, das den Schute
des Ökosystems und der Menschen der Arktis gewährleistet.

Die Mitgliedsstaaten des Antarktischen Schutzvertrags müssen endlich
ihr Versprechen einlösen, den Kontinent dem Frieden und der Wissenschaft zu
widmen. Dazu gehört ein Netzwerk von Meeresschutzgebieten, die mindestens 40
Prozent des Südpolarmeers ausmachen.
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Demidjuk Julija
Charkower Staatliche Technische Universität für Bauwesen und Architektur
Dubai – Architektur der Superlative
Dubai ist vor allem bekannt für seine viele spektakulären Bauprojekte. An keinem
anderen Ort der Welt entstanden in den letzten Jahren so viele weltweit Aufsehen
erregende Bauwerke wie in Dubai.
Derzeit ist Dubai die am schnellsten wachsende Stadt der Erde. Die Einwohnerzahl
hat sich seit 1970 verfünfzehnfacht. Aus Dubai soll nicht nur eine Marke sondern
auch die führende Metropole des 21. Jahrhunderts werden. Doch ob es in dieser
Geschwindigkeit und unter diesen Umständen weitergeht ist fraglich.
Hat man erst 1968 die erste Straße überhaupt asphaltiert, ist binnen 40 Jahren eine
Metropole entstanden, die zwar keine historisch-kulturelle Reize hat, aber dennoch
sechs Millionen Besucher im Jahr herbergt.
Verantwortlich für die rapide Entwicklung zur Boom-Town Dubai ist die
Herrscherfamilie des Al-Maktoum-Clans. Ihr nächster großer Coup ist der größte
Flughafen der Welt mit sechs Start- und Landebahnen und dem wohl größten
Logistikzentrum anbei. Damit soll Dubai zur weltweit größten Drehscheibe werden.
Den Anfang des Baubooms machte das World Trade Centre Ende der Siebziger Jahre
– damals das höchste Gebäude der arabischen Welt.
Insgesamt wurde in den letzten Jahren mit dem Bau von weit über 200
Wolkenkratzern mit mehr als 100 Metern Höhe begonnen, davon 20 mit über 300
Metern Höhe.
Ehrgeizige Hotelprojekte haben Dubai bekannt gemacht, vor allem das Wahrzeichen
der Stadt, der 321 Meter hohe Burj al Arab in Form eines Segels, eines der
Luxushotels der Welt und vermutlich inzwischen auch das bekannteste. Auf einer der
Palm Islands soll zu dem Atlantis Dubai errichtet werden, ein riesiges Luxushotel mit
2000 Zimmern. Weitgehend unsichtbar bleibt hingegen Hydropolis, das erste
mehrräumige Unterwasserhotel der Welt (es kursieren zwar Gerüchte, daß es nun bei
Dubai Waterfront gebaut wird aber bis heute gibt es keine offizielle Bestätigung).
Künstliche Insel „The Palm, Jumeirah“ vor der Küste Dubais. Vor der Küste der
Stadt wurden und warden große künstliche Inseln mit Luxusvillen, Jachthäfen und
Golfplätzen aufgeschüttet: die Palm Islands jeweils in Form einer Palme und The
World Dubai, eine künstliche Inselgruppe in Form der Weltkarte. Erst in Planung
befindet sich Dubai Waterfront, das 750.000 Menschen ein Leben am
Wasserermöglichen soll und größer würde als Manhattan, sowie die Jumeirah
Islands, 50 künstliche Inseln mit jeweils 16 Villen.
Die derzeitigen Freizeitparks Wonderland und Wild Wadi werden 2008 starke
Konkurrenz durch DubaiLand bekommen, den größten Freizeitpark der Welt, in dem
mit dem Dubai Wheel das größte Riesenrad der Welt sowie mit der Mall of Arabia
das dann größte Einkaufszentrum der Welt entstehen sollen. Teil von DubaiLand ist
der Wasser-Vergnügungspark Aqua Dubai.
Fast ein Viertel aller Baukräne der Welt arbeitet hier unaufhörlich und errichtet
zahlreiche Bauten, die zu Wahrzeichen werden.
Dubai ist einer der wenigen Orte auf der Welt, wo Architektur als Wahrzeichen nicht
nur gefördert, sondern aktiv verfolgt wird.
Burj Khalifa
Das größte Gebäude der Welt, 828 Meter hoch: Seine Außenfassade bietet einen
interessanten Kontrast zu der umliegenden traditionellen Architektur in Dubai. Es
bildet einen wunderbaren Anblick, wenn die Sonne aufgeht und die spiegelnde
Oberfläche zum Glänzen bringt.
World Trade Centre
Das Gebäude war seiner Zeit weit voraus, sowohl durch seine bahnbrechende Größe
als auch durch seine strukturellen und ökologischen Besonderheiten.
National Bank of Dubai
Die konvex gebogene Glasfront spiegelt das Kommen und Gehen des Lebens entlang
des Creeks wieder und ist zu einer der charakteristischen Strukturen in Dubai
geworden.
Das weltweit einzige Sieben-Sterne-Hotel, mit einer Höhe von 320 Metern auf seiner
eigenen künstlichen Insel vor der Küste von Dubai. Es bietet eine außergewöhnliche
Architektur in Form eines riesigen Segels, mit tanzenden Springbrunnen, riesigen
Aquarien und einem aufsehenerregenden blauen Atrium als Empfangshalle.
Dubai ist angeblich dem Untergang geweiht: halbfertige Wolkenkratzer beschmutzen
die Skyline, während der dem Öl zu verdankende Reichtum verrinnt wie Sand in
einem Stundenglas. Bevor ich noch poetischer werde: Abu Dhabi macht es viel
geschickter – wenn man diese Öko-Stadt wirklich bekommt.
Vor zwei Jahren sahen wir zum ersten Mal Hauptgebäude von Masdar, das erste mit
positiver Energie Gebäude (das heißt, es produziert mehr Energie, als es verbraucht).
Genauso ist auch die ganze Öko-Stadt Masdar, von einem ziemlich gewagten Ehrgeiz
getrieben: Wolkenkratzer waren ebenso wenig geduldet wie Benzinautos – nur
Elektromotoren solargetriebener Fahrzeuge sind gestattet. Die gesamte Stadt Masdar
etwa 30 km östlich von der City von Abu Dhabi gelegen, wird in erster Linie mit
Solarenergie gespeist werden – die Emiratis wollen sich offensichtlich im eigenen
Land völlig unabhängig vom Öl machen.
Architekten werden alle Gebäude nah genug an einander bauen, so dass sie sich
gegenseitig Schatten spenden können und um dafür zu sorgen, dass normale Autos
nicht durch die Straßen passen. Es wird eine Form des öffentlichen Transportsystems
geben: mit Hilfe von magnet Sensoren werden sogenannte ”Podcars” betrieben, die
ähnlich wie Luftgondeln die Menschen durch die Stadt transportieren sollen.
Tatsächlich erscheint Masdar City als das gegenwärtig futuristischste Projekt der
Welt – da, wo Science Fiction am schnellsten Gegenwart wird! Ich hoffe nur, die
Vereinigten Arabischen Emirate und der Scheich Khalifa bin Zayed Al Nahyan, der
das ganze finanziert, wird dadurch nicht viel Geld verlieren. Dieses Projekt braucht
wenigstens 15-30 Milliarden Dollar im Laufe von 10 Jahren. Niemand weiß, welche
Probleme mit der Verwirklichung dieses Projektes in der Zukunft entstehen.