Fizykochemia nowych materiałów

chemia

obowiązkowe

Podstawy chemii i fizyki na poziomie ukończenia studiów licencjackich z chemii lub kierunków pokrewnych.

w sali

Celem tego przedmiotu jest zrozumienie podstawowych idei i zagadnień związanych z badaniem, modyfikowaniem, wykorzystaniem, udoskonalaniem i projektowaniem właściwości fizykochemicznych oraz zastosowaniami wybranych klas nowych materiałów organicznych i nieorganicznych.

Zagadnienia omawiane w czasie wykładu:

1.Pojęcie nanomateriałów, ich klasyfikacja i podstawowe cechy odróżniające od tzw. materiałów objętościowych

2.Metody syntezy nanomateriałów (elektrochemiczne i metody tzw. „mokrej chemii”)

- tworzenie nanorurek i nanodrutów na stałych podłożach

- synteza nanocząstek, nanodrutów i nanorurek w fazie ciekłej oraz w matrycach polimerowych

2.1. Nanostrukturalne tlenki metali

2.2. Nanokryształy półprzewodnikowe (np. CdX, X=S, Se, Te)

2.3 Nanocząstki metaliczne (Au, Pt, Pd i układy bimetaliczne)

2.4 Synteza układów hybrydowych: tlenek metalu/półprzewodnik, tlenek metalu nanocząstki metaliczne

3.Charakterystyka fizykochemiczna nanomateriałów metalicznych i półprzewodnikowych oraz zastosowanie w katalizie, fotokatalizie, elektrokatalizie i fotowoltaice

4.Od biologii do biologicznie inspirowanych materiałów

4.1 Oddziaływania międzymolekularne w samoorganizacji biomakromolekuł

4.2 Agregacja biomakromolekuł w roztworze, hydrożele

4.3 Struktura nici pajęczych, Kevlar. Model WLC i rozciąganie łańcuchów DNA i białek

4.4 Efekt liścia lotosu i superhydrofobowość

4.5 Pawie pióra jako kryształy fotoniczne

4.6 Nowe materiały inspirowane strukturami biologicznymi.

5. Fizykochemia pojedynczych cząsteczek biologicznych: białek, RNA i DNA.

6. Materiały dwuwymiarowe – struktura, topografia, właściwości, przegląd zastosowań grafenu, azotku boru, MoS2 (oraz innych dichalkogenków metali przejściowych), tlenków metali przejściowych takich jak tlenki tytanu i perowskitów.

7.Wybrane metody mikroskopowe: AFM, STM, SEM wraz z EDS, a także metody litograficzne i termolitograficzne w badaniu i kształtowaniu nanostruktur.

8.Okrzemki jako przykładowe funkcjonalne biomateriały: badania, udoskonalanie i aplikacje ich właściwości optycznych, mechanicznych i absorpcyjnych.

Dozwolone są 3 nieobecności (nie więcej niż 1 w każdym z trzech segmentów wykładu).

Całkowity nakład pracy studenta: 80 h, na co składają się:

1) udział w zajęciach: 30 godzin

2) przygotowanie się do zajęć i egzaminu: 35 godzin

3) konsultacje z prowadzącymi: 15 godzin

Przykładowa literatura:

1. van Holde KE, Johnson C, Shing Ho P (2005) "Principles of Physical Biochemistry", Prentice Hall. (Książka)

2. Hoffman, A. S. (2012). Hydrogels for biomedical applications. Advanced drug delivery reviews, 64, 18-23. (Artykuł)

3. Joannopoulos JD, Johnson SG, Winn JN, Meade RD (2011). "Photonic crystals: molding the flow of light", Princeton university press. (Książka)

4. Marmur, A. (2004). The lotus effect: superhydrophobicity and metastability. Langmuir, 20(9), 3517-3519. (Artykuł)

5. Garcia, R. Knoll, A.W., Riedo E. (2014). Advanced scanning probe lithography. Nature Nanotechnology, 9(8) 577-587. (Artykuł)

6. Wang, Q. H., Kalantar-Zadeh K., Kis A., Coleman J. N., Strano M. S. (2012). Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nature Nanotechnology 7(11) 699-712. (Artykuł)

7. Chen C.J. (2008). Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, 2nd edition, Oxford University Press (Książka)

8. D. Vollath, Nanomaterials. An introduction to Synthesis, Properties and Applications, Wiley-VCH (książka)

Więcej odniesień i pozycji literaturowych podanych zostanie w trakcie wykładu.

Student zna podstawowe cechy nanostruktur, rozumie zależności pomiędzy rozmiarem nanostruktur w makroskopowymi właściwościami materiałów złożonych z nanostruktur, rozumie przyczyny właściwości katalitycznych, mechanicznych i optycznych nanostruktur, rozumie związek pomiędzy strukturą molekularną, a właściwościami materiału. Wie, jak mozna zastosować nanomaterialy w katalizie, fotokatalizie, ogniwach slonecznych i rozumie mechanizm ich działania. Rozumie przyczyny właściwości materiałów fotonicznych oraz superhydrofobowych. Rozumie podstawy teoretyczne oraz potrafi dobrać odpowiednie metody badań nanomateriałów w zależności od zagadnienia. Zna i potrafi dobrać metody modyfikacji materiałów w zależności od potrzeb. Zna podstawowe techniki i sposoby badań pojedynczych cząsteczek biologicznych takich jak białka, RNA i DNA.

Symbole kierunkowych efektów kształcenia: K_W01, K_W04, K_W06, K_W07, K_W08,, K_W10, K_U03, K_U04, K_U05, K_U06, K_U07, K_U08, K_U09, K_U10, K_U11, K_U13, K_U15, K_U17, K_K01, K_K02, K_K03, K_K04, K_K05

Ocena końcowa będzie opierać się na rezultatach egzaminu końcowego. Egzamin będzie miał 6 pytań i trwać będzie 2 godziny lekcyjne (1.5 godziny zegarowej). W ramach możliwości egzamin zostanie przeprowadzony na ostatnim wykładzie.

Do zdania egzaminu konieczne jest uzyskanie przez studenta co najmniej 50% możliwych punktów (z każdej części osobno).