Inhalt

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   1 Einleitung und Zielsetzung
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  2 Fachliche Grundlagen
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   2.1 Grundzustand und elektronisch angeregter Zustand
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   2.1.1 Angeregter Zustand durch Lichtabsorption
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   2.1.2 Der angeregte Triplett-Zustand
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   2.1.3 Desaktivierung des angeregten Zustands
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   2.1.3.1 Strahlungslose Desaktivierung
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   2.1.3.2 Fluoreszenz
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   2.1.3.3 Phosphoreszenz
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   2.1.3.4 Verzögerte Fluoreszenz
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   2.1.4 Energietransfer
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   2.1.4.1 Förster-Resonanzenergietransfer
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   2.1.4.2 Dexter-Energietransfer
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   2.1.4.3 Exciplex und Excimer
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   2.1.4.4 Aggregation Caused Quenching
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   2.1.5 Elektronentransfer
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   2.1.6 Stokes-Shift
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  2.1.7 Photon Upconversion
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   2.1.7.1 Two-Photon Absorption
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   2.1.7.2 Triplett-Triplett-Annihilation
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   2.1.8 Aggregation Induced Emission
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   2.1.9 Fluoreszenz Quantenausbeuten
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   2.2 Photochromie durch Photoisomerisierung
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   2.2.1 Photoisomerisierung am Beispiel Spiropyran/Merocyanin
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   2.2.2 Photostationärer Zustand
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  2.3 Solvatochromie
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   2.3.1 Lösemittelpolarität
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   2.3.2 Negative Solvatochromie
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  2.4 STED- und RESOLFT-Mikroskopie
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   2.4.1 Stimulierte Emission
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   2.4.2 Apparative Umsetzung
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   2.4.3 RESOLFT
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  3 Ergebnisse experimenteller Arbeiten
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  3.1 Fluorophore in verschiedenen Umgebungen
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   3.1.1 Phosphoreszenzproben
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   3.1.2 Fluoreszenzquantenausbeuten
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   3.1.3 Esculin-Weinsäure-Kristall
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  3.1.4 Die verwendeten Matrices
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   3.1.4.1 Erstarrte Weinsäure-Schmelze
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   3.1.4.2 Weinsäure-Kristall
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   3.1.4.3 Polyvinylalkohol PVA
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   3.1.4.4 Gelatine
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   3.1.5 Einfluss der Temperatur auf die Phosphoreszenz
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   3.2 Aufwärtskonvertierung durch Triplett-Triplett-Annihilation
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   3.3 Photoprotektion von Chlorophyll durch β-Carotin
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   3.4 Photochromie von Spiropyran in rigiden Medien
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   3.4.1 Photochromie von Spiropyran in Feststoff-Matrices
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   3.4.1.1 Spiropyran in Polystyrol-Matrix
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   3.4.1.2 Spiropyran in Polylactat-Matrix
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   3.4.1.3 Spiropyran in Polymethylmethacrylat-Matrix
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   3.4.1.4 Fluoreszenz der „intelligenten Folien“
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  3.5 Das „Hell“-Experiment – RESOLFT im Modell
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   3.5.1 Machbarkeitsnachweis / Proof of Concept
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   3.5.2 Der „Donut“ im Fokus
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   3.5.3 Optimierungen und Rückkehr zum vertikalen Aufbau
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   3.5.4 Diskussion der Ergebnisse des RESOLFT-Modellexperiments
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   3.5.5 Dicke Probenfolie versus dünne Probenfolie
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   3.5.6 Fazit zu den RESOLFT-Untersuchungen
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  4 Design eines Experimentierkoffers
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   4.1 Existierende Experimentiersets
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   4.1.1 Gemeinsamkeiten der Experimentiersets
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   4.1.2 Implementationshemmnisse
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   4.2 Allgemeines zum Inhalt eines Experimentiersets
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  4.2.1 Erstellung des Begleitmaterials
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   4.2.1.1 Versuchsvorschriften
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   4.2.1.2 Gedrucktes Arbeitsmaterial
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   4.2.1.3 Interaktive Animationen
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   4.2.1.4 Lehr- Lernfilme
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   4.3 Didaktische Aufarbeitung
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   4.4 Auswahl der Experimente und Materialien
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  4.5 Erstellung und Auswahl des Begleitmaterials
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   4.5.1 Digitale Assistenz
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   4.5.2 Online Ergänzungen
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   4.6 Distribution und Vorstellung des Koffers
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   4.7 Fazit zur Erstellung des Experimentierkoffers „Photo-Mol“
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   4.8 Ausblick für die Zukunft von „Photo-Mol“
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  5 Zusammenfassung
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   5.1 Ausblick
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   6 Experimenteller Teil
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   6.1 Stokes-Shift von Fluorophoren in wässriger Lösung
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   6.1.1 Bestimmung von Standards
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   6.1.2 Esculin und Pyranin bei verschiedenen pH-Werten
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  6.2 Einbringen von Fluorophoren in verschiedene Matrices
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   6.2.1 Einbringen der Fluorophore in Metaweinsäure
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   6.2.2 Einbringen der Fluorophore in Polyvinylalkohol
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   6.2.2.1 Bestimmung der Fluoreszenzquantenausbeute von Esculin in PVA
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   6.2.3 Einbringen der Fluorophore in Gelatine
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   6.2.4 Züchten von Weinsäure-Esculin-Co-Kristallen
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   6.2.4.1 Fluoreszenzquantenausbeuten der Weinsäure-Esculin-Co-Kristalle
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   6.2.5 Einfluss der Temperatur auf die Halbwertszeit der Phosphoreszenz
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   6.3 Photon-Upconversion mittels Triplett-Triplett-Annihilation
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   6.3.1 Herstellen einer Upconversion-„Ampulle“
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  6.4 Photoprotektion von Chlorophyll durch β-Carotin
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   6.4.1 Extraktion von Chlorophyll aus Blattgrün
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   6.4.2 Emissionsverhalten von Chlorophyll und β-Carotin
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   6.4.3 Photoprotektion bei Bestrahlung mit einem Diaprojektor
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   6.4.4 Photoprotektion bei Bestrahlung mit einer UV-Taschenlampe
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   6.4.5 Paprikagewürz als Carotinquelle
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  6.5 Synthese von Spiropyran und Züchtung von Kristallen
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   6.5.1 Photochromie der Spiropyrankristalle
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  6.6 Photochromie von Spiropyran in Feststoff-Matrices
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   6.6.1 Spiropyran in Polystyrol-Matrix
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   6.6.1.1 Variation der Spiropyran-Menge
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   6.6.1.2 Variation der Trocknungsdauer
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   6.6.1.3 Bestimmung der Photostabilität
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   6.6.2 Spiropyran in Polylactat-Matrix
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   6.6.3 Spiropyran in Polymethylmethacrylat-Matrix
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   6.6.4 Fluoreszenzspektren von Merocyanin in Polymer-Matrices
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   6.7 RESOLFT-Modellexperimente
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   6.7.1 Machbarkeitsnachweis / Proof of Concept
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   6.7.2 Waagerechter Aufbau
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   6.7.2.1 PMMA\Spiropyran-Folie
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   6.7.2.2 PMMA\TCA\Spiropyran
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   6.7.2.3 Quecksilberdampflampe
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  6.7.3 RESOLFT-Modellexperiment
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   6.7.3.1 Erstellung von Folien per Spincoating
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   6.8 „BOSS-Bären“
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  7 Verzeichnisse
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   7.1 Abkürzungsverzeichnis
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   7.1.1 Einheiten
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   7.1.2 Formelzeichen
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   7.1.3 Verbindungen
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   7.2 Literaturverzeichnis
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   7.3 Abbildungsverzeichnis
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   7.4 Diagrammverzeichnis
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   7.5 Tabellenverzeichnis
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  8 Anhang
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  8.1 Spezifikation der Lichtquellen
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   8.1.1 Sahlmann LED-Lichtquelle, λ = 365 nm
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   8.1.2 Sahlmann LED-Lichtquelle, λ = 405 nm
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   8.1.3 Sahlmann LED-Lichtquelle, λ = 450 nm
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   8.1.4 Sahlmann LED-Lichtquelle, λ = 530 nm
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   8.1.5 UV-LED-Taschenlampe WF-501b
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   8.1.6 Mehrfarben LED-Taschenlampe T 9029S
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  8.2 Messergebnisse
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  8.2.1 Absorptions- und Fluoreszenzspektren von Lösungen
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   8.2.1.1 Chinin-Sulfat
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   8.2.1.2 H-Säure
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   8.2.1.3 Fluorescein-Natrium
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   8.2.1.4 Pyranin
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  8.2.2 Fluoreszenz- und Phosphoreszenzspektren in Metaweinsäure-Matrix
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   8.2.2.1 Chinin-Sulfat
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   8.2.2.2 H-Säure
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   8.2.2.3 Fluorescein-Natrium
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   8.2.2.4 Pyranin
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  8.2.3 Fluoreszenz- und Phosphoreszenzspektren in PVA-Matrix
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   8.2.3.1 Chinin-Sulfat
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   8.2.3.2 H-Säure
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   8.2.3.3 Fluorescein-Natrium
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   8.2.3.4 Pyranin
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  8.2.4 Fluoreszenz- und Phosphoreszenzspektren in Gelatine
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   8.2.4.1 Chinin-Sulfat
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   8.2.4.2 H-Säure
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   8.2.4.3 Fluorescein-Natrium
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   8.2.4.4 Pyranin
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   8.2.5 Ergänzendes Diagramm zum RESOLFT-Modellexperiment
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   8.3 Arbeitsblätter Photo-Mol