CILJ KOLEGIJA
Upoznati studente s pristupom dizajniranja polimernih nankompozitnih materijala s namjerom postizanja specifičnih svojstava. Cilj se može postići integracijom znanja iz područja polimernih materijala, anorganskih materijala, te znanjima o modeliranju međupovršine polimer/punilo.
IZVEDBENI PLAN KOLEGIJA
(1) Polimerni materijali. Značaj i primjena polimernih materijala. Podjela polimernih materijala: prema podrijetlu, prema primjenskim svojstvima, prema vrsti ponavljajućih jedinica, prema oblicima makromolekula. Mehanizmi polimerizacije: stupnjeviti, lančani; Homogeni i heterogeni procesi polimerizacije. Struktura polimera: konfiguracija i konformacija makromolekula. Nadmolekulna struktura. Fizička svojstva polimera. Dodatci polimernima materijalima. Punila kao modifikatori svojstava.
(2) Razlike između mikro i nanokompozita. Polimerni kompoziti. Međupovršina polimer punilo: mehanizmi adhezije, primjena adsorpcijske teorije. Termodinamika međupovršine: slobodna energija međupovšine, koeficijent razlijevanja, termodinamički rad adhezije. Kemisorpcijska teorija. Razlike između nanokompozita i mikrokompozita: veličina čestica punila, veličina međupovršine, morfologija, udio matrice u međufaznom sloju.
(3) Vrste nanopunila. Ugljikove nanocjevčice: molekulna i supramolekulna struktura, svojstva (mehanička svojstva, električna svojstva. Procesi priprave nanocjevčica: laserska ablacija, pražnjenje elektičnog luka, kemijska depozicija para. Sastav i pročišćavanje reakcijskih produkata. Modifikacija površine (kovalentna i nekovalentna)
(4) Pločasta nanopunila: vrste, struktura, organska modifikacija slojevitih nanopunila. Istoosna nanopunila: vrste, dobivanje, modifikacija površine.
(5) Kvantne točke: vrste, struktura, kvantni efekti, svojstva. Modifikacija površine kvantnih točaka: amfiličnim polimerima, multidentatnim polimernim ligandima, polimerima funkcionaliziranim na krajevima lanca, dendrimerima ekapsulirane kvantne točke.
(6) 1. kolokvij
(7) Priprava polimernih nanokompozita. Raspodijeljenost i dispergiranost punila u polimernoj matrici. Procesi priprava kompozita s ugljikovim nanocjevčicama: priprava iz otopine, miješanje u masi polimera, miješanje u talini, in situ polimerizacija.
(8) Priprava nanokompozita sa slojevitim nanopunilima: interkalirana i eksfolirana morfologija, instrumentalne tehnike karakterizacije morfologije. Metodologija i termodinamika pojedinih procesa: interkalacija polimera ili prepolimera, in situ interkalacijska polimerizacija, interkalacija taline. Utjecaj čimbenika na morfologiju u procesu interkalacije taline. Degradacija sustava tijekom priprave interkalacijom taline.
(9) Priprava polimernih nanokompozita s istoosnim nanopunilima. Proces priprave iz taline i otopine, in situ polimerizacija polimera, in situ polimerizacija anorganske faze i polimerne faze.
Priprava nanokompozitnih sustava kvantne točke / polimer. Kvantne točke u polimernim koloidima - metodologija priprave različitim metodama, prednosti i nedostatci pojedinih metoda priprave. Sustavi sloj-po sloj kvantne točke / polimer. Kontrolirano vezivanje slojeva polimera i kvantnih točaka. Kvantne točke u masi polimera i tankim polimernim filmovima.
(10) Svojstva i primjena polimernih nanokompozita. Mehanička svojstva: utjecaj vrste nanopunila, veličine čestica punila i termodinamike međupovršine polimer / punilo na morfologiju, mehanizme popuštanja i značajke mehaničkog ponašanja (modul, prekidnu čvrstoću i istezanje, žilavost).
(11) Utjecaj nanopunila na propusnost plinova i kapljevina: koncept zavojitog puta. Dimenzijska stabilnost nanokompozita. Termička stabilnost nanokompozita. Utjecaj nanopunila na gorenje polimera. Električna svojstva. Optička i optoelektronička svojstva.
(12) 2. kolokvij
(13) Prezentacija seminarskih radova studenata
(14) Prezentacija seminarskih radova studenata
(15) Prezentacija seminarskih radova studenata
RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA
U okviru kolegija razvijaju se opće kompetencije studenata za sposobnost analize i sinteze znanstvenih spoznaja i prezentacija u usmenoj formi.
Razvijanje specifičnih kompetencija kolegija uključuju povezivanje znanja inženjerstva polimernih materijala i inženjerstva površina i međupovršina u višefaznim polimernim sustavima, proširivanje i produbljivanje znanja o strukturi, svojstvima, proizvodnji i primjeni polimernih nanokompozita kao naprednih materijala, te znanja o odabiru tehnika i metoda za karakterizaciju višefaznih sustava i kontrolu kvalitete produkta.
OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČIN NJIHOVA IZVRŠAVANJA
Prisustvovati na predavanjima. Izraditi, usmeno i pismeno prezentirati seminarski rad.
UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA
Prisustvovanje predavanjima, seminarski rad.
NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE
Predavanja, seminar
NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA
Kontinuirano praćenje znanja, pismeni ispit
NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA
Studentska anketa
ISHODI UČENJA KOLEGIJA
1. Povezati znanja inženjerstva polimernih materijala i inženjerstva površina i međupovršina u višefaznim polimernim sustavima
2. Predvidjeti strukturu i svojstva nanokompozita ovisno o relevantnim parametrima
3. Predložiti moguću primjenu polimernih nanokompozita kao naprednih materijala
4. Odabrati tehnike i metode karakterizacije višefaznih sustava i kontrolu kvalitete produkta
5. Analizirati znanstvene spoznaje o strukturi, pripravi, svojstvima i uporabi polimernih nanokompozita na oglednom primjeru, te prezentirati u usmenoj formi
ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA
Kemijsko inženjerstvo
1. interpretirati prednosti i nedostatke najnovijih dostignuća u području kemijskog inženjerstva
2. formulirati kompleksne probleme iz novih područja, odnosno područja koja se ubrzano razvijaju
3. primijeniti inovativne metode rješavanja problema zasnovane na temeljnim načelima
4. prepoznati potrebu za nalaženjem, pribavljanjem i distribuiranjem znanstvenih informacija
5. vrednovati primjenu novih tehnologija, odnosno tehnologija u nastajanju
6. metodički razvrstavati znanje iz različitih područja te iz njih sustavno izvlačiti zaključke
Kemija i inženjerstvo materijala
1. povezati temeljne elemente kemije i inženjerstva materijala: strukturu, svojstva, proizvodnju i uporabu materijala
2. povezati stručna znanja kemije i inženjerstva materijala sa sviješću o utjecaju na društvo, gospodarstvo i okoliš
3. analizirati informacije iz različitih izvora
4. povezati rezultate dobivene raznovrsnim metodama s literaturnim spoznajama radi njihove što potpunije interpretacije
5. riješiti složene probleme u području kemije i inženjerstva materijala, samostalno ili kao dio multidisciplinarnog tima
6. koristiti različite metode komunikacije sa znanstvenom i inženjerskom zajednicom te društvom u cjelini
NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA
Nastavna jedinica 1: Razlike između mikro i nanokompozita
Ishodi učenja
- primijeniti znanja inženjerstva površina i međupovršina u polimernim kompozitnim sustavima
- analizirati razlike u morfologiji i svojstvima između mikro i nanokompozita
Kriteriji vrednovanja
- objasniti teorije adhezije (adsorpcijsku i kemisorpcijsku) na međupovršini polimer / punilo
- objasniti i povezati utjecaj veličine čestica punila na međupovršinu, morfologiju i udio materice u međufaznom sloju
Nastavna jedinica 2: Nanopunila (ugljikove nanocjevčice, pločasta nanopunila, istoosna nanopunila, kvantne točke)
Ishodi učenja
- poznavati ulogu kemije i inženjerstva materijala u sintezi nanopunila
- odabrati nanopunilo za pojedinu namjenu ovisno i njegovoj strukturi
- razumjeti principe kemijske i fizikalne modifikacije površine nanobjekata
Kriteriji vrednovanja
- opisati procese sinteze pojedinih nanopunila
- objasniti vezu između strukture i svojstava nanopunila
- objasniti načine modifikacije površine pojedinh nanopunila, te definirati njihove prednosti i nedostatke
Nastavna jedinica 3: Priprava polimernih nanokompozita
Ishodi učenja
- Prepoznati optimalne parametre u procesu priprave polimernih nanokompozita
- primijeniti znanja termodinamike procesa u pripravi nanokompozita
- povezati znanja o polimernim materijalima i procesima priprave
Kriteriji vrednovanja
- objasniti metodologiju pojedinih procesa priprave i navesti njihove prednosti i nedostatke
- objasniti ulogu entropijskih i entalpijskih doprinosa u pojedinim procesima priprave nanokompozita
- definirati ključne čimbenike (struktura polimera i punila, parametri procesa) koji utječu na morfologiju i strukturu nanokompozita
Nastavna jedinica 4: Svojstva i primjena polimernih nanokompozita
Ishodi učenja
- analizirati čimbenike koji utječu na postizanje naprednog svojstava
- analizirati i primijeniti mehanizme djelovanja nanopunila u predviđanju svojstava polimernog nanokompozita
Kriteriji vrednovanja
- definirati utjecaj karakteristika punila i površinske modifikacije na pojedina svojstva polimernog nanokompozita
- objasniti mehanizme kojima dodatak punila utječe na svojstva nanokompozita (mehanička, toplinska, električna, optička, dimenzijsku stabilnost, propusnost plinova)
LITERATURA
1.S. Lučić Blagojević, Materijali za predavanja na mrežnim stranicama kolegija,
2.S. Kurajica, S. Lučić Blagojević, Uvod u nanotehnologiju, HDKI, 2017.
3.P. M. Ajayan, L. S. Schadler, P. V. Braun, Nanocomposite Science and Technology, Wiley -VCH, 2003.
|
Pristupačnost
