Junge Forscher
Schüler züchten mit Fraunhofer-Institut Kristalle
Alaun-Kristalle
Alaun-Kristalle
Foto: Anja Grabinger/Fraunhofer-IISB
Herzogenaurach – Mit der Projektwoche „Kristalle“ in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut an der Montessori-Schule Herzogenaurach wird der Nachwuchs gefördert.

Egal, ob in Smartphones oder Computern, überall verrichten Halbleiter-Kristalle in Mikrochips unauffällig ihr Werk. Doch was macht diese Werkstoffe so besonders und wie werden sie hergestellt? Um das zu erfahren, durften die Kinder der fünften und sechsten Jahrgangsstufe der Montessori-Schule Herzogenaurach selbst in die Rolle von Forscherinnen und Forschern schlüpfen.

Ausgestattet mit Kitteln, Schutzbrillen und Handschuhen züchteten die Schülerinnen und Schüler eigene Alaun-Kristalle. Mit Fachwissen und Laborausrüstung stand ihnen dabei Christian Reimann, Kristallexperte und Leiter der Gruppe „Silizium und Spezialmaterialien“ am Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB), zur Seite. Zentrales Anliegen der Projektwoche war die Nachwuchsförderung im Rahmen des Mint-Unterrichts. „Mint“ steht für die Fächer Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik.

Im Alltag umgeben von Kristallen

Ohne dass man es bewusst wahrnimmt, ist man im Alltag umgeben von Kristallen: Digitale Massenmedien, LED-Beleuchtungen, Elektroautos – selbst das Internet gäbe es nicht ohne Kristalle. Während Kristalle für gewöhnlich als Schmucksteine wie Diamanten, Rubine und Smaragde bekannt sind, spielen sie in der Industrie eine bedeutende Rolle. Die Halbleiterkristalle wie Silizium, Siliziumkarbid oder Galliumarsenid, die hier benötigt werden, entstehen in Laboren und Fertigungshallen, denn sie müssen spezifischen Anforderungen an Größe, Reinheit und Perfektion entsprechen.

Erst Kristalle mit besonderen physikalischen Eigenschaften ermöglichten beispielsweise im 20. Jahrhundert die revolutionären Innovationen der modernen Informations- und Kommunikationstechnik, die heute im Alltag unverzichtbar sind. Das wissenschaftliche Merkmal von Kristallen ist die dreidimensionale Symmetrie, also die regelmäßige Anordnung der Kristallbausteine.

Der Zusammenhang zwischen funkelnden Kristallen einerseits und einem gewöhnlichen Smartphone andererseits ist auf Anhieb nicht offensichtlich. Während der Projektwoche rund um das Thema Kristalle gingen 45 Schülerinnen und Schüler der Montessori-Schule dem Einfluss von Kristallmaterialien auf das tägliche Leben genauer auf den Grund.

Christian Reimann brachte zur Veranschaulichung Kristallmaterial und prozessierte Wafer aus den Laboren des Fraunhofer-IISB mit in die Klassenräume. Daraus werden am IISB elektronische Bauelemente, beispielsweise Mikrochips für Computer, gefertigt. Es gibt verschiedene Züchtungsprozesse, die häufig nur unter extremen Bedingungen möglich sind. Beispielsweise werden Siliziumkristalle aus einer 1400 Grad heißen Siliziumschmelze hergestellt.

An der Montessori-Schule Herzogenaurach züchteten die Kinder in kleinen Forschungsteams Alaun-Kristalle, so wie es im Laborverfahren üblich ist: Der Ausgangspunkt dafür ist eine gesättigte Kaliumaluminiumsulfatlösung, in welcher dann erste Kristalle, sogenannte Impfkristalle, wachsen. Sie werden entnommen, durchbohrt, aufgefädelt und in eine neue Lösung in einem größeren Gefäß gegeben. Während des Wachstumsprozesses braucht es dann Ruhe und etwas Zeit.

Grundstein für die Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut gelegt

In circa vier Wochen können die Schülerinnen und Schüler ihre drei bis acht Zentimeter großen Kristalle herausnehmen. Die Entnahme der Kristalle wird für die Kinder besonders spannend, denn während des Züchtungsprozesses experimentierten die Gruppen mit verschiedenen Einflussgrößen, die sich auf das Wachstum auswirken. So wurde beispielsweise die Temperatur variiert, wodurch die Kristalle langsamer oder schneller wachsen.

Für die Montessori-Schule Herzogenaurach gilt naturwissenschaftliches Arbeiten als Zukunftsaufgabe. „Wir freuen uns besonders über die Kooperation mit dem Fraunhofer-IISB und die Möglichkeit, so aktuell und spannend Inhalte zu vermitteln“, erklärt die Schulleiterin Rebekka Oberhofer.

Mit dem Workshop zur Kristallzüchtung sei der Grundstein für eine Schulpartnerschaft mit dem Fraunhofer-IISB gelegt worden. Es sei geplant, durch weitere Kooperationen die Begeisterung der Schüler für Mint-Fächer nachhaltig zu fördern.

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