CILJEVI PREDMETA: Fizika nanomaterijala bavi se materijalima koji su na bilo koji način strukturirani na nanometarskim dimenzijama. Cilj predmeta jest poučiti studente znanjima važnim za sagledavanje veze između građe materijala, međudjelovanja koja takvu građu uzrokuju, povezanosti strukture i svojstava, te utjecaja procesiranja materijala na strukturu i svojstva, uz poseban naglasak na novim svojstvima i pojavama kada se dimenzije karakterističnih struktura smanje u nanometarsko područje. Polazeći od temeljne fizike, analogijama i jednostavnim modelima pokušava se objasniti svojstva i ponašanje različitih nanomaterijala, s ciljem pronalaska novih učinaka objašnjivih pomoću temeljnih i univerzalnih zakona koji se često nalaze i u drugim područjima fizike. Posebno se ističe potreba multidisciplinarnog pristupa prilikom dizajna, istraživanja i primjene nanomaterijala. Cilj je predmeta ukazati na privlačnost, mogućnosti, perspektive i potrebu istraživanja u području fizike nanomaterijala i materijala općenito te potaknuti studente na šire proučavanje novih sadržaja i aktivno uključenje u to područje.
ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA KOJIMA PREDMET DOPRINOSI:
1. ZNANJE I RAZUMIJEVANJE
1.1. formulirati i obrazložiti temeljne zakone fizike što uključuje mehaniku, elektromagnetizam i termodinamiku;
1.2. pokazati temeljito poznavanje važnijih fizikalnih teorija što uključuje njihovo značenje, eksperimentalnu motivaciju i potvrdu, logičku i matematičku strukturu i povezane fizikalne pojave;
1.3. navesti i opisati najsuvremenije znanstvene spoznaje u području svoje specijalizacije;
2. PRIMJENA ZNANJA I RAZUMIJEVANJA
2.1. razviti način razmišljanja koji omogućava postavljanje modela ili prepoznavanje i primjenu postojećih modela u traženju rješenja za konkretne fizikalne i analogne probleme;
2.2. prepoznati analogije u situacijama koje su fizikalno različite, kao i u situacijama analognim fizikalnima te iskoristiti poznata rješenja u novim problemima;
2.4. primijeniti postojeće modele za razumijevanje i objašnjenje novih eksperimentalnih pojava i podataka
3. STVARANJE PROSUDBI
3.2. razviti osjećaj osobne odgovornosti kroz samostalni odabir izbornih sadržaja ponuđenih u studijskom programu
4. KOMUNIKACIJSKE SPOSOBNOSTI
4.1. raditi u interdisciplinarnom timu
5. SPOSOBNOST UČENJA
5.1. samostalno koristiti stručnu literaturu i ostale relevantne izvore informacija što podrazumijeva dobro poznavanje engleskog kao jezika struke;
5.2. samostalno pratiti razvoj novih spoznaja u polju fizike te dati stručno mišljenje o njihovom dosegu i mogućim primjenama;
5.3. uključiti se u znanstveni rad i istraživanja u sklopu doktorskog studija
OČEKIVANI ISHODI UČENJA NA RAZINI PREDMETA:
Nakon uspješnog završetka kolegija Fizika nanomaterijala, student će biti sposoban:
* Kvalitativno objasniti promjene strukture postupnim prelaskom s masivnih materijala preko polikristalnih i mikrokristalnih, pa do nanokristalnih materijala i nanometarskih nakupina atoma, te posebno amorfnog stanja;
* Kvalitativno i knantitativno opisati procese difuzije, i istaknuti bitne razlike između masivnih materijala i nanomaterijala, te na to nadovezati promjene strukture i njenih nepravilnosti pod vanjskim utjecajima;
* Pokazati različite primjere dobivanja metastabilnih (nano)struktura i ostalih nanomaterijala te razumjeti potrebne preduvjete i ishode u različitim uvjetima;
* Pokazati razumijevanje razlike između svojstava masivnih materijala i svojstava nanomaterijala: strukturnih, mehaničkih, toplinskih, vodljivih, magnetskih, optičkih, elektronskih, te to demonstrirati na odabranim primjerima;
* Dati pregled svojstava novih vrsta naprednih funkcionalnih materijala najčešće povezanih s njihovom nanostrukturom te kvalitativno razumjeti rad nano-uređaja temeljenih na njima;
* Pokazati sposobnost pretraživanja literature i prikaza najvažnijih pojava na zadanoj tematici iz područja nanomaterijala te uspješno predstavljanje tematike slušateljstvu;
* Spremno raspravljati o najnovijim rezultatima istraživanja na području nanomaterijala vladajući, pojmovima, pojavama te elementarnim znanjima potrebnim za to.
SADRŽAJ PREDMETA:
U predmetu se obrađuje struktura materijala i nanomaterijala, priprema nanomaterijala, metode istraživanja svojstava nanomaterijala, različita fizička svojstva nanomaterijala u usporedbi s masivnim materijalima, primjena i svojstva, te izleti u druge discipline, kao što su kemija i nanomedicina/nanopatologija/nanotoksikologija, i na kraju pregled nekih od najmodernijih funkcionalnih nano-uređaja, a sve je povezano i s najnovijim znanstvenim radovima da bi se istaklo aktualnost obrađivane tematike.
Radi organizacije gradiva predavanja su podijeljena na sljedećih 9 poglavlja unutar kojih se obrađuju navedene teme:
2. Uvod (2h): povijesni uvod u nanomaterijale i razvoj tehnologije, smještanje problematike, motivacija putem neobičnih pojava u nanomaterijalima.
3. Nanostruktura (4h): osnove kristalne strukture, definicija nanomaterijala, nanočestice i nakupine atoma (klasteri), posebni različiti oblici nanomaterijala na primjeru ugljikovih nanostruktura.
4. Nepravilnosti i difuzija: do nanomaterijala (4h): opis defekata u kristalu, promjena strukturnih značajki od polikristala, preko mikrokristalnog materijala, do nanokristalnog materijala, posebnosti amorfnog stanja, difuzija, razlike u difuziji od masivnih materijala do nanomaterijala i amorfnih materijala.
5. Metastabilni materijali, od čvrstih otopina do nanostruktura (4h): fazni dijagrami, čvrste otopine, strukture čvrstih otopina, dugodosežna i kratkodosežna uređenja, superstrukture, metastabilne strukture i njihovo dobivanje, relaksacija struktura, pojava različitih nanostruktura.
6. Fizička svojstva materijala: mehanička i slična (4h):utjecaj defekata na mehanička svojstva, mehanizmi očvršćivanja putem nanostrukturiranosti materijala, dizajniranje pogodnih mehaničkih svojstava putem nanostruktura, posebni oblici pogodnih materijala.
7. Strukturna svojstva posebnih novih materijala (4h): Razvoj strukturnih značajki od masivnih materijala do nanomaterijala, posebni novi materijali: fuleren, grafen, nanocijevi i nanožice, nanoporozni materijali, osvrt na nanomedicinu, nanotoksikologiju i nanopatologiju.
8. Transportne pojave u nanomaterijalima (2h): električna vodljivost u nanomaterijalima, pojava posebnih učinaka kao gigantski magnetootpor, toplinska vodljivost nanomaterijala, termoelektrični učinak, poluvodiči.
9. Magnetizam nanomaterijala (4h): pojava i značajke nanomagneta, magnetsko ponašanje nanočestica i njihova magnetska struktura, jednomolekulski nanomagneti, magnetizam u metalnim staklima, magnetske nanožice i tanki filmovi, nanokristakni magnetski materijali, važnost nanostrukturiranosti za magneto-električnu multiferoičnost.
10. Elektronska struktura i posebna svojstva nanomaterijala (2h): gustoće stanja i niskodimenzionalna vodljivost, atomski mikroskopi, kvantne točke i optička svojstva, električna vodljivost kroz kvantne točke i posebni uređaji temeljeni na tome.
Na seminarima studenti izlažu pregled istražene literature. Time se gradivo nadopunjuje novim spoznajama o ponašanju odabranih primjera nanomaterijala ili pojava vezanih uz svijet nanometarskih dimenzija, uključujući i temeljnu fiziku na tim skalama i primjenu nano-uređaja.
OBVEZE STUDENATA:
Studenti su dužni redovito pohađati predavanja i seminare te aktivno pratiti predavanja i sudjelovati u raspravi potaknutoj pitanjima. Nakon usmenog ispita iz gradiva, studenti su obvezni održati seminar temeljen na pregledu literature iz zadane zanimljive pojave na području nanomaterijala.
OCJENJIVANJE I VREDNOVANJE RADA STUDENATA:
Ocjena predmeta temelji se na usmenom ispitu iz gradiva te napisanom seminarskom radu i održanom izlaganju. Usmeni ispit sastoji se u odgovaranju i raspravi oko tri teme, s time da potpitanja idu i u ostale dijelove gradiva da bi se provjerilo znanje cjelokupnog predmeta. Seminarski rad mora biti napisan u obliku preglednog znanstvenog rada o zadanoj temi, a polusatno izlaganje dati pregled zadane tematike poučan za slušatelje. I usmeni odgovor i seminarski rad s predavanjem moraju biti pozitivno ocijenjeni, a konačna je ocjena sredina te dvije komponente.
|
- R. W. Cahn and P. Haasen,eds, Physical Metallurgy Vol. I-III, North-Holland,
Amsterdam, 1996.
A. R. West: Basic State Chemistry, Wiley&Sons, New York, 2002.
R. Jenkins, R. L. Snyder: Introduction to X-ray Powder Diffractometry, Wiley&Sons,
New York, 1996.
- R. W. Cahn, Concise Encyclopedia of Materials Characterization, Elsevier, 2005.
W. D. Callister, Materials Science and Engineering-An Introduction, Wiley&Sons, New
York, 2003.
J. I. Gersten, F. W. Smith, The Physics and Chemistry of Materials, Wiley&Sons, New
York, 2001.
C. Hammond, The Basics of Crystallography and Diffraction, Oxford University Press,
Oxford, 1998.
W.F. Smith, Principles of Materials Science and Engineering, McGraw-Hill, New York,
1986.
|
Pristupačnost
