Syntéza nekovových materiálů (FSI-WCH)

Akademický rok 2023/2024
Garant: doc. Ing. Klára Částková, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMVI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je poskytnout studentům materiálového inženýrství základní chemické a fyzikální informace o syntéze nekovových materiálů a jejich prekurzorů, které jsou nutné pro pochopení vztahů mezi strukturou materiálů a jejich (fyzikálně) chemickou reaktivitou.
Výstupy studia a kompetence:
Absolvent kurzu bude schopen aplikovat získané poznatky při dalším magisterském studiu materiálového inženýrství a při řešení konkrétních problémů v průmyslové praxi.
Prerekvizity:
Studenti mají mít znalosti organické, anorganické a fyzikální chemie na úrovni středoškolské; respektive základního kurzu pro strojní inženýrství.
Obsah předmětu (anotace):
Kurz je zaměřen na syntézu nekovových materiálů-polymerů a keramických prášků, včetně chování keramických koloidních částic v kapalném prostředí. Cílem kurzu je poskytnout studentům materiálového inženýrství základní chemické a fyzikální informace o syntéze nekovových materiálů a jejich prekurzorů, které jsou nutné pro pochopení vztahů mezi strukturou materiálů a jejich (fyzikálně) chemickou reaktivitou.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Zkouška hodnotí teoretické znalosti a jejich praktické aplikace při řešení problemiky oboru. Zkouška je ústní s písemnou přípravou.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Podmínkou udělení zápočtu je přítomnost studenta ve všech cvičeních a splnění zadaných úkolů. Pokud student tuto podmínku nesplní, může mu být v odůvodněných případech stanovena náhradní podmínka.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

1. Polymery: monomery, nomenklatura polymerů, polymerační stupeň, funkčnost monomerů, struktura polymerů.
2. Řetězové polymerace: vliv chemické struktury monomeru na polymerační mechanismus, iniciace-terminace-propagace-transfer, polymerace radikálové, iontové a kondenzační kopolymerace.
3. Polykondenzace: vliv struktury monomerů na polykondenzační reakci, mechanismus polykondenzace.
4. Polyadice: mechanismus polyadice, blokové a roubované polymery, reakce polymerů: síťování polymerů, odbourávání polymerů.
5. Keramické prášky: konvenční metody přípravy, homogenní a heterogenní nukleace, růst částic v roztoku, koprecipitace.
6. Keramické prášky: sol-gel syntézy koloidů, sol-gel syntézy z organokovových sloučenin, polykondenzační sol-gel metody.
7. Keramické prášky: nekonvenční metody syntézy-hydrotermální, mikrovlnné, sonochemické, hydrolýza roztoků solí, reakce v nevodném prostředí.
8. Syntézy v plynné fázi; emulzní syntézy. Vymrazovací a sprayové sušení.
9. Polymerní metody syntézy keramických materiálů: syntéza organokovových polymerů, pyrolýza polymerů. Syntézy neoxidových částic.
10. Biomimetické metody: přírodní keramické materiály a jejich vznik biologickou cestou, biomimetické procesy.
11. Koloidy-přitažlivé síly mezi částicemi: klasifikace fyzikálních sil. Van der Waalsovy síly. Interakce mezi povrchy a částicemi. Hamakerova konstanta.
12. Koloidy-elektrostatické síly a elektrická dvojvrstva: Zdroje povrchového náboje. Elektrokinetické jevy.
13. Koloidy a stabilita koloidů: struktura koloidů. Stability koloidů a mechanismus stabilizace ; elektrostatická a stérická stabilizace. DLVO teorie. Koagulace a kinetika koagulace.
    Laboratorní cvičení

1.Polymery – úvod


2.Polymery –polymerace 


3.Polymery – polykondenzace a polyadice


4.Obecná chemie – úvod


5.Obecná chemie – názvosloví


6.Obecná chemie – roztoky 


7.Obecná chemie – chemická rovnice


8.Obecná chemie - pH a hydrolýza solí


9.Obecná chemie - srážecí reakce a součin rozpustnosti


10. Laboratoře - praktické cvičení - precipitační reakce
Literatura - základní:
1. R.J. Brook (editor): Processing of Ceramics, Part I., vol 17A of Materials Science and technology, Wiley – WCH, Weinheim 1996, p.70-98.
2. B.J. Brook (editor): Processing of Ceramics, Part II., vol. 178 of Materials Science and Technology, Wiley-WCH, Weinheim 1996, p.2-82.
3. L.V. Interrante and M.J. Hampden-Smith (editor), Chemistry of Advanced Materials, Wiley-WCH, New York 1998, p.389-448.
4. B.I. Lee and E.J.A. Pope (editor): Chemical Processing of Ceramics, Marcel Pokker, New York 1994, p.61-127.
5. D. Myers: Surfaces, Interfaces, and Colloids, Wiley-WCH, New York 1999.
6. M. Kučera: Vznik makromolekul I., Vysoké učení technické v Brně, nakladatelství VUTIUM, 2003.
7. M. Kučera: Vznik makromolekul II., Vysoké učení technické v Brně, nakladatelství VUTIUM, 2003.
Literatura - doporučená:
1. R.J. Brook (editor): Processing of Ceramics, Part I., vol 17A of Materials Science and technology, Wiley – WCH, Weinheim 1996, p.70-98.
2. B.J. Brook (editor): Processing of Ceramics, Part II., vol. 178 of Materials Science and Technology, Wiley-WCH, Weinheim 1996, p.2-82.
3. D. Myers: Surfaces, Interfaces, and Colloids, Wiley-WCH, New York 1999.
4. M. Kučera: Vznik makromolekul I., Vysoké učení technické v Brně, nakladatelství VUTIUM, 2003.
5. M. Kučera: Vznik makromolekul II., Vysoké učení technické v Brně, nakladatelství VUTIUM, 2003.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-MTI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinný 2 1 Z