1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	30
Laboratorijske vježbe	30

* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)

CILJ KOLEGIJA:
Sinteza osnovnih znanja o strukturi materijala, kao i o tehnikama istraživanja. Poznavanje odnosa strukture i svojstava materijala kao važnog preduvjeta u razumijevanju ponašanja materijala u primjeni i kreiranju materijala ciljanih svojstava.

IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA :

1. tjedan:

Uvod u strukturu i svojstva materijala primjenom MSE tetraedra (Material Science and Engineering) za pojašnjenje međusobne veze između sastava, strukture , svojstava i sinteze materijala. Podjela materijala. Podjela temeljena na strukturi materijala. Kristalno stanje i amorfno stanje.

2. tjedan:

Uvod u kristalografiju. Trodimenzionalna periodička građa kristala. Jedinična ćelija, kristalni sustavi i 14 Bravaisovih kristalnih rešetki. Osnovni elementi simetrije. Izbor jedinične ćelije i kristalnog sustava. Prostorna simetrija i prostorne grupe. Kristalne plohe, Millerovi indeksi i međuplošni udaljenosti, d.

3. tjedan:

Priroda rendgenskih zraka i njihovo nastajanje. Difrakcija rendgenskih zraka. Difrakcija rendgenskih zraka na kristalnoj rešetci. Laueov i Braggov pristup difrakciji. Difrakcija praha-principi i primjena. Difrakcija na monokristalu-principi i primjena.

4. tjedan:

Intenzitet difrakcijskih maksimuma i faktori koji na njega utječu. Određivanje veličine kristalita iz proširenja difrakcijskog maksimuma. Utjecaj zaostalih naprezanja u kristalu na izgled difrakcijskog maksimuma. Kvalitativna i kvantitativna rendgenska analiza. Određivanje prametara elementarne ćelije iz dfraktograma.

5. tjedan: 1. provjera znanja (1. kolokvij)

6. tjedan:

Uvod u kristalokemiju. Kubična i heksagonska gusta slagalina. Materijali koji se mogu opisati strukturama gustih slagalina. Koordinacijski broj i koordinacijski poliedri. Tipovi struktura prikazanih povezivanjem koordinacijski poliedara. Ionske strukture. Paulingova pravila. Kovalentne strukture.

7. tjedan:

Prikaz i opis nekih temeljnih tipova struktura poput : struktura halita (NaCl), sfalerita (ZnS), fluorita (CaF2) i antifluorita (Na2O), TiO2 i dr. Perovskitna struktura. Određivanje broja atoma (molekulskih jedinica) po jediničnoj ćeliji. Izračunavanje gustoće.

8. tjedan:

Drugi čimbenici koji utječu na kristalnu strukturu-pregled. Ionske strukture-opći principi. Koordinirane polimerne strukture-Sandersonov model. Valentnost, dužina, energija veze i struktura kristala. Utjecaj nevalentnih elektrona. Utjecaj vrste i energije veze na inženjerska svojstva (krtost, duktilnost, električna vodljivost, temperaturu taljenja, modul elestičnosti).

9. tjedan:

Greške u kristalu. Vrste grešaka. Termodinamika stvaranja greške. Točkaste greške. Termodinamika stvaranja Schottkijeve i Frenkelove greške. Vakancijske i intersticijske greške kod nestehiometrijskih kristala. Dvodimenzijske greške (površine i granice zrna). Volumne greške (precipitati i uklopci). Čvrste otopine. Substitucijske i intersticijske čvrste otopine. Eksperimentalne metode istraživanja čvrstih otopina (rendgenska difrakcija praha, mjerenje gustoće, DTA).

10. tjedan: 2. provjera znanja (2. kolokvij)

11. tjedan:

Karakterizacija anorganskih materijala-opći pristup. Pregled tehnika i njihova primjene na krutine. Toplinske tehnike: TGA, DTA, DSC i dilatometrija. Primjeri primjene toplinskih tehnika karakterizacije.

12. tjedan:

Mikroskopske tehnike. Optička mikroskopija (polarizacijski ili petrografski mikroskop i reflektirajući ili metalurški mikroskop). Priprava uzoraka i princip rada. Primjeri primjene. Elektronska mikroskopija. Povijest i razvoj elektronske mikroskopije. Usporedba rada i mogućnosti između optičke i elektronske mikroskopije. TEM-transmisijska elektronska mikroskopija. Priprava uzoraka i princip rada. Primjeri primjene. SEM-skenirajuća elektronska mikroskopija. Priprava uzoraka i princip rada. Primjeri primjene.

13.tjedan:

Električna svojstva materijala. Dielektrični materijali, Feroelektricitet. Piroelektricitet. Piezoelektricitet. Odnos između fero-, piro- i piezoelektriciteta. Primjene fero-, piro- i piezoelektriciteta. Magnetna svojstva materijala-uvod i teorija. Primjeri.

14. tjedan:.

Fazni dijagrami. Definicija. Jednokomponentni sustavi (SiO2). Dvokomponentni sustavi. Jednostavni eutektički sustavi. Dvokomponentni sustavi s čvrstom otopinom (3Al2O3 2SiO2).

15. tjedan: 3. provjera znanja (3.kolokvij)

Laboratorijske vježbe:
1.Rendgenska kvalitativna analiza
2.Rendgenska kvantitativna analiza
3.Metode toplinske analize (DTA-TG).
4.Pretražna elektronska mikroskopija

RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:
Razumijevanje suvremenih teorija i praktičnih eksperimentalnih tehnika vezanih uz znanost i inženjerstvo materijala. Provođenje složenih eksperimenta karakterizacije materijala i obrada mjernih podatke.

OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA:
Pohađanje predavanja i laboratorijskih vježbi.

UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:
Uredno pohađanje predavanja i odrađene i kolokvirane laboratorijske vježbe.

NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
Predavanja i laboratorijske vježbe

NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
3 pismene provjere znanja tijekom semestra (min. 50% bodova na svakoj od provjera znanja
donosi oslobađanje od usmenog ispita)
pismeni i usmeni ispit

NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:
Studentska anketa

METODIČKI PREDUVJETI:
Opća kemija; Anorganska kemija

i) ISHODI UČENJA KOLEGIJA:
1. upoznati i razumjeti temeljne principe vezane uz strukturu i svojstva materijala
2. razumjeti trodimenzijsku strukturu kristalnih i amorfnih materijala
3. znati izračunati veličine relevantne za strukturu, fizikalna svojstva i kemijsku stabilnost materijala
4. upoznati se s eksperimentalnim tehnikama u karakterizaciji materijala , te znati odabrati prave metode s ciljem što točnijeg opisa strukture i svojstava materijala

j) ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA:
1. Primjenjivati temeljna znanja iz prirodnih znanosti pri identificiranju i opisivanju međusobne povezanosti strukture i svojstava materijala
2. biti sposoban organizirati i provesti jednostavne laboratorijske pokuse korištenjem dostupne laboratorijske opreme i uređaja
3.organizirati i racionalno upravljati vremenom
4. analizirati i prezentirati (usmeno i pismeno) rezultate istraživanja vezanih uz sadržaj studija koristeći prikladne računalne programe

k) NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA

Nastavna jedinica
1. Uvod u kristalografiju

Ishodi učenja
-opisati povezanost sastava, strukture i svojstava materijala
-definirati kristalno i amorfno stanje
-opisati trodimenzijsku periodičku građu kristala
-na modelima znati prepoznati elemente simetrije kristalnog sustava
-povezati kristalne plohe, Millerove indekse i međuplošne udaljenosti d

Kriteriji vrednovanja
- analizirati i interpretirati povezanost strukture sa svojstvima materijala
-na modelima pokazati vještinu vizualnog promatranja trodimenzijske građe kristala
- razumjeti i interpretirati vezu između vanjskog i unutrašnjeg izgleda kristala

Nastavna jedinica
2. Kristalografija pomoću difrakcije X-zraka

Ishodi učenja
-opisati x-zrake i njihovo nastajanje
-interpretirati difrakciju x-zraka na kristalnoj rešetci
-razlikovati Laueov i Braggov pristup difrakciji
-opisati i definirati racipročnu rešetku i Ewaldovu sferu
-provesti laboratorijski pokus difrakcije x-zraka na nepoznatom praškastom uzorku te analizirati i interpretirati rezultate pokusa

Kriteriji vrednovanja
-razumjeti ponašanje x-zraka na kristalnoj rešetci
- razumjeti i matematički interpretirati Braggov pristup difrakciji
- eksperimentalno primijeniti difrakciju x-zraka na polikristaličnim materijalima
-pokazati vještinu računanja kristalografskih parametara iz eksperimentalnih podataka

Nastavna jedinica
3.Uvod u kristalokemiju

Ishodi učenja
-opisati i razlikovati načine prikaza kristalnih struktura (guste slagaline, koordinacijski poliedri, metalne, ionske i kovalntne strukture)
-prikazati i opisati neke temeljne tipove struktura
-opisati i razlikovati druge čimbenike strukture
-opisati i definirati greške u kristalu, vrstu i termodinamiku njihova stvaranja

Kriteriji vrednovanja
-pokazati vještinu opisa i interpretacije jednostavnih kristalnih struktura
- razumjeti i termodinamički interpretirati razloge stvaranja defekata u kristalnim strukturama
-znati izračunati ravnotežne koncentracije defekata kod zadane temperature

Nastavna jedinica
4.Svojstva materijala i metode karakterizacije

Ishodi učenja
-razlikovati i definirati svojstva materijala (mehanička, toplinska, optička i elektromagnetska)
- opisati i primijeniti metode karakterizacije (toplinske, mikroskopske)
- analizirati i interpretirati rezultate pokusa te pripremiti laboratorijska izvješća
- definirati termodinamičke veličine i opisati fazne ravnoteže u jednokomponentnim i dvokomponentnim sustavima

Kriteriji vrednovanja
-pokazati vještinu izračunavanja nekih mehaničkih i toplinskih karakteristika materijala iz eksperimentalnih podataka
-znati odabrati najsvrsishodniju metodu za karakterizaciji materijala
-znati analizirati i interpretirati fazni dijagram za jednokomponentne i dvokomponentne sustave
-pokazati vještinu izračunavanja faznog sastava na temelju zadanog faznog dijagrama

1. A. R. West, Solid State Chemistry and its Applications, J. Wiley&Sons, New York 1984.
   C. Hammond, The Basics of Crystallography and Diffraction, Oxford University Press Inc., Oxford 1977.
   D. R. Askeland and P. P Phule, The Science and Engineering of Materials, Thomson Brooks/Cole, Pacific Grove-CA, USA, 2003.,

Upis predmeta :
Odslušan : Anorganska kemija
Odslušan : Opća kemija

Obavezni predmet - Redovni studij - Kemija i inženjerstvo materijala