Nanostrukturní materiály (FSI-TMT)

Akademický rok 2022/2023
Garant: prof. RNDr. Jaroslav Cihlář, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚMVI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Důraz je kladen na objasnění základních vztahů mezi strukturou, vlastnostmi a aplikacemi nanostruktrukturních materiálů. Studenti budou také seznámeni s modelováním nanostruktur a jejich syntézou a analýzou.
Výstupy studia a kompetence:
Studentovi se usnadní orientace při výběru diplomového úkolu a umožní získat přehled v oblasti pokročilých nanostrukturních materiálů, které hrají významnou roli v moderní společnosti.
Prerekvizity:
Fyzika tuhé fáze, Makromolekulární chemie, Koloidní chemie.
Obsah předmětu (anotace):
Struktura nanomateriálů. Simulace a modelování struktury nanomateriálů. Příprava nanomateriálů. Analýza nanomateriálů. Vlastnosti nanomateriálů. Aplikace nanomateriálů.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Hodnocení studenta bude zohledňovat jeho práci ve cvičení a výsledky diskuze nad zadanými tématy při kolokviu (k přípravě povoleny poznámky z přednášek).

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  3 × 1 hod. povinná                  
    Cvičení  10 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška - Struktura nanomateriálů (1-5 hod.) Makromolekuly, nanočástice, klastry, samoorganizované struktury, hiearchické struktury.
Nanoprášky, tenké vrstvy, povlaky, vláknité nanomateriály, nanokompozity.
- Simulace a modelování struktury nanomateriálů (6-8) Nanočástice, nanopovlaky, nanozrnné materiály.
- Příprava nanomateriálů (9-15) Chemické syntézy v kapalné fázi a plynné fázi, pyrolýza prekurzorů a kondenzace nanočástic, fyzikální a chemické depozice, elektrodepozice, mechanické mletí.
- Analýza nanomateriálů (16-19) XRD, SAXS, SEM, TEM, optická, elektronová a iontová spektroskopie, adsorpční metody, elektrické a magnetické metody
- Vlastnosti nanomateriálů (20-23) Chemické, katalytické, elektrické, mechanické, rheologické, magnetické a optické vlastnosti.
- Aplikace nanomateriálů (24-26) Konstrukční materiály, biomateriály, katalyzátory, povlaky, tenké vrstvy, membrány.
    Laboratorní cvičení Analýza velikosti nanočástic- příprava vzorků (1. hod.)
Analýza velikosti nanočástic-analýza dymamickým rozptylem světla (2. hod.)
Analýza velikosti nanočástic- vyhodnocení distribuce velikosti (3. hod.)
    Cvičení V cvičení budou řešeny tematicky zaměřené příklady z přednášených témat. (1-13)

- Struktura nanomateriálů (1. hod.) Makromolekuly, nanočástice, klastry, samoorganizované struktury, hiearchické struktury.
- Struktura nanomateriálů (2. hod.) Nanoprášky, tenké vrstvy, povlaky, vláknité nanomateriály. Nanokompozity.
- Simulace a modelování struktury nanomateriálů (3. hod.) Nanočástice, nanopovlaky, nanozrnné materiály.
- Příprava nanomateriálů (4. hod.) Chemické syntézy v kapalné fázi a plynné fázi.
- Příprava nanomateriálů (5. hod.) Pyrolýza prekurzorů a kondenzace nanočástic. Fyzikální a chemické depozice, elektrodepozice, mechanické mletí.
- Analýza nanomateriálů (6. hod.) XRD, SAXS, SEM, TEM, optická, elektronová a iontová spektroskopie. Adsorpční metody, elektrické a magnetické metody.
- Vlastnosti nanomateriálů (7. hod.) Chemické a katalytické vlastnosti.
- Vlastnosti nanomateriálů (8. hod.) Elektrické, mechanické, rheologické, magnetické a optické vlastnosti.
- Aplikace nanomateriálů (9. hod.) Konstrukční materiály a biomateriály.
- Aplikace nanomateriálů (10. hod.) Katalyzátory, povlaky, tenké vrstvy, membrány.
Literatura - základní:
1. Carl C. Koch (editor): Nanostructured Materials: Processing, Properties, and Applications, William Andrew, Inc., New York 2007
2. G. Cao: Nanostructures and Nanomaterials: Synthesis, Properties, and Applications,
Literatura - doporučená:
3. K. E. Gonsalves et al.: Biomedical nanostructures, John Wiley & Sons, Inc.,
4. P. Yang (editor): The Chemistry of Nanostructured Materials, World Scientific Publishing, New Jersey 2003
5. B. Bhushan (editor): Springer Handbook of Nanotechnology, Spinger-Verlag, Berlin 2004
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- kol 4 Povinně volitelný 1 1 L
N-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- kol 4 Povinně volitelný 2 2 L