CILJ KOLEGIJA
Usvajanje osnovnih pojmova nanotehnologije. Stjecanje znanja o svojstvima nanomaterijala. Upoznavanje s metodama priprave i karakterizacije nanomaterijala. Upoznavanje s najvažnijim vrstama i primjenama nanomaterijala.
IZVEDBENI PLAN KOLEGIJA
Prof. dr. sc. Stanisalav Kurajica
1. Pojmovi nanoznanosti i nanotehnologije, molekularna nanotehnologija. Povijest nanotehnologije, Gordon E, Moore, Richard P. Feynman, Eric K. Drexler, R. Kurzweil. Fenomeni na nano razini: kvantni efekti, omjer površine i volumena, dominacija elektromagnetskih sila.
2. Svojstva nanomaterijala: fizikalna, mehanička, kemijska, optička, električna, magnetska. Efekt tuneliranja, kvantno ograničenje, kvantne točke, nanostruktura, magični brojevi. Hall-Petch efekt, superparamagnetičnost, giganski magnetootpor, lotusov efekt.
Vježba 1. Određivanje veličine kristalita Scherrerovom metodom.
3. Karakterizacija nanomaterijala. Pretražni elektronski mikroskop, transmisijski elektronski mikroskop, pretražni tunelirajući mikroskop, mikroskop atomske sile.
Vježba 2. Sinteza nano-čestica srebra.
4. Nanoproizvodnja: princip odozgo prema dole: fotolitografija, meka litografija, mikrokontaktno tiskanje, nano-otiskujuća litografija, dip-pen nanolitografija, mehanokemijska sinteza, PVD, CVD.
Vježba 3. Priprava superparamagnetskih nano-čestica.
5. Nanoproizvodnja: princip odozdo prema gore: precipitacija, kristalizacija, koloidi, stabilizacija koloidnih otopina, čvrste suspenzije, samoorganizacija, micele, tanki filmovi, samoorganizirani monoslojevi, dendrimeri, super-ćelije, sol-gel metoda. Nanomanipulacija, kontaktna i bezkontaktna nanomanipulacija. Sredstva za nanomanipulaciju.
Vježba 4. Sol-gel sinteza nanočestica SiO2.
6. Trendovi u nanotehnologiji: Nanomaterijali (nano-strukturirani materijali, pametni materijali, materijali koji ne stare), nanoproizvodi (elektronika, medicina, okoliš, industrijska tehnologija). Nanoroboti. Primjenski potencijal nanomaterijala. Društvena prihvatljivost nanomaterijala. Rizici nanotehnologije. Budućnost nanotehnologije.
7. I. Kolokvij
Prof. dr. sc. Sanja Lučić Blagojević
8. Ugljikove nanostrukture; Fuleren - proces nastajanja, svojstva, reaktivnost, potencijalna primjena; Ugljikove nanocjevčice - molekulna i supramolekulna struktura, intrinzička svojstva, sinteza, pročišćavanje, modifikacija, primjena
9-10. Nanobiotehnologija - Biomimikrijske nanostrukture, međupovršina s biološkim strukturama i funkcija; Biomolekularni motori - MEMS i biomolekularni motori, Operacije i funkcije motornih proteina, Biotehnologija motornih proteina, Znanost i inženjerstvo molekulskih motora; Inženjerstvo sklopova; Molekulski motori u tehnološkoj primjeni
11. Nanokompoziti - priprava, struktura, svojstva
12. Molekulska elektronika - Mogućnosti i načini priprave i istraživanja molekulskih jedinica, Molekulski prekidači, tranzistori i slični elementi, Elektonika s DNK molekulama; Jednoelektronske elektroničke jedinice
13. Elektronika na nanorazini i molekulska elektronika; Razvoj mikroelektroničkih jedinica i tehnologije, Struktura i operacije MOS tranzistora, Skaliranje dimenzija tranzistora, Nanoskalirani MOFSET tranzistori,
14. II. kolokvij
15. Seminarski rad
RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA
Poznavanje osnovnih pojmova nanoznanosti i nanotehnologije. Uočavanje različitosti svojstava nano-materijala i makro-materijala i razumijevanje razloga ovih različitosti. Poznavanje načina dobivanja nanomaterijala po principu ozdozgo prema dole i odozdo prema gore. Poznavanje osnovnih metoda karakterizacije nanomaterijala. Upoznavanje s trendovima u nanotehnologiji.
OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČIN NJIHOVA IZVRŠAVANJA
Studentima se preporučuje prisustvovati predavanjima, a obvezni su pohađati vježbe i pristupiti kolokvijima.
Studenti su obvezni napraviti seminarski rad.
UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA
Uredno prisustvovanje predavanjima i vježbama.
Izrada seminarskog rada.
NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE
Nastava će se provoditi usmenim izlaganjem uz PowerPoint prezentaciju. Vježbe su laboratorijskog tipa.
NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA
Dva kolokvija, pismeni ispit samo ukoliko student znanjem ne zadovolji na kolokvijima. Pri ocjenjivanju će se, pored uspjeha na kolokvijima, odnosno ispitu, uzimati u obzir cjelokupan rad studenta.
NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA
Studentska anketa
ISHODI UČENJA KOLEGIJA
1. Objasniti pojedina svojstva materijala i shvatiti razloge promjena svojstava materijala do kojih dolazi na nano-skali.
2. Razumjeti ideje, zamisli i tehnike na području nanotehnologije te biti u stanju kritički ih prosuđivati.
3. Razlikovati metode priprave nanomaterijala odozgo prema dole i odozdo prema gore, razumjeti ove metode i biti u stanju uočiti njihove prednosti i nedostatke.
4. Analizirati ulogu i primijeniti znanja kemije i inženjerstva materijala u nanotehnologijama.
5. Objasniti vezu između strukture i svojstava nanoobjekata i integriranih nanosustava
6. Opisati različite metode karakterizacije na nano-razini, poznavati principe rada ovih metoda te njihove prednosti i nedostatke.
7. Uočiti trenutna ograničenja u razvoju nanomaterijala i etičke dvojbe koje se javljaju na području nanotehnologije.
8. Demonstrirati komunikacijske vještine, sposobnost kritičkog razmišljanja i spoznati potrebu daljnjeg učenja.
ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA
Studij: Kemijsko inženjerstvo
1. primijeniti široko i duboko znanje iz područja matematike, kemije, kemijskog inženjerstva i drugih znanosti za rješavanje znanstvenih, stručnih i općih društvenih problema u području svoje ekspertize
2. formulirati kompleksne probleme iz novih područja, odnosno područja koja se ubrzano razvijaju
3. prepoznati potrebu za nalaženjem, pribavljanjem i distribuiranjem znanstvenih informacija
4. vrednovati primjenu novih tehnologija, odnosno tehnologija u nastajanju
Studij: 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. identificirati probleme u području kemije i inženjerstva materijala
4. primijeniti znanstvene metode u rješavanju problema u području kemije i inženjerstva materijala
5. odabrati prikladne metode i opremu povezanu s proizvodnjom, karakterizacijom i uporabom materijala, vodeći računa o sigurnosti na radu
6. razviti procese proizvodnje i ispitivanja kvalitete materijala
7. razviti radnu etiku, osobnu odgovornost i težnju za daljnjim usavršavanjem
NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA
Nastavna jedinica 1: Svojstva i karakterizacija nanomaterijala
Ishodi učenja
- Poznavanje pojmova u području nanoznanosti i nanotehnologije.
- Razumijevanje svojstava materijala (posebice fizikalnih, mehaničkih, kemijskih, optičkih, električnih i magnetskih) te uzroka promjena svojstava do kojih dolazi na nano-skali
- Poznavanje principa rada tipičnih metoda karakterizacije nanomaterijala (posebice transmisijskog i pretražnog elektronskog mikroskopa te pretražnog tunelirajućeg mikroskopa i mikroskopa atomske sile.
-Povezivanje znanja o strukturi i svojstvima na nano-razini u cilju uočavanja primjenskog potencijala nanomaterijala i nanoproizvoda.
Kriteriji vrednovanja
- Navesti tipične karakteristike nanotehnologije
- Objasniti pojmove tipične za nanomaterijale i nanotehnologije
- Objasniti pojmove vezane uz različita svojstva materijala te vezu strukture i svojstava materijala
- Objasniti razloge zbog kojih se pojedina svojstva mijenjaju na nano-skali.
- Opisati principe rada tipičnih metoda karakterizacije nanomaterijala,
- Navesti ograničenja, prednosti i nedostatke pojedinih metoda
- Opisati načine priprave uzoraka za pojedine metode karakterizacije
Nastavna jedinica 2: Nano-proizvodnja, trendovi i primjena nanomaterijala
Ishodi učenja
- Razlikovanje metode priprave nanomaterijala odozgo prema dole i odozdo prema gore
- Razumijevanje principa ovih metoda, čimbenika kontrole i ograničenja (posebice litografije, dip-pen nanolitografije, kristalizacije, sol-gel metode, kemijske depozicije iz plinovite faze, samoorganizacije i nanomanipulacije.
- Razumijevanje ideja, zamisli, tehnika i trendova na području nanotehnologije (posebice u elektronici, medicini, inženjerstvu materijala te zaštiti okoliša) i sposobnost njihove kritičke prosudbe.
- Uočavanje etičkih dvojbi koje se javljaju na području nanotehnologije i sposobnost rasprave o njima.
Kriteriji vrednovanja
- Nabrojiti metode priprave materijala
- Navesti i objasniti kako se dijele
- Navesti najvažnije metode nanoizrade iz pojedine kategorije
- Opisati tijek postupka najvažnijih metoda, prednosti, nedostatke, ograničenja i čimbenike kojima se kontrolira pojedini postupak
- Navesti nekoliko nano-proizvoda koji su na tržištu.
- Navesti glavna područja istraživanja u nanotehnologiji, ciljeve tih istraživanja, pretpostavke na kojima se temelje te namjenu nano-proizvoda kojima bi trebala rezultirati.
- Navesti nekoliko potencijalnih rizika koji se povezuju s nanotehnologijom.
Nastavna jedinica 3: Nanoobjekti u nanotehnologiji
(ugljikove nanocjevčice, kvantne točke, metalne i magnetske nanočestice, nanožice,)
Ishodi učenja
- Prepoznavanje uloge kemije i inženjerstva materijala u sintezi nanoobjekata
- Povezivanje strukture i svojstava nanoobjekata
- Razumijevanje principe kemijske i fizikalne modifikacije površine nanoobjekata
Kriteriji vrednovanja
- Opisati procese sinteze pojedinih nanoobjekata
- Objasniti vezu između strukture i svojstava nanoobjekata i specifičnosti u odnosu na materijale u masi
- Objasniti i analizirati načine modifikacije pojedinih nanoobjekata
Nastavna jedinica 4: Odabrane nanotehnologije (nanobiotehnologija, nanoelektronika, polimerni nanokompoziti)
Ishodi učenja
- Prepoznavanje znanstvenih i tehnoloških postignuća ostvarenih u području nanotehnologije
- Uvid u ostvarena i potencijalna postignuća u pojedinim granama nanotehnologje
- Analiza uloge nanoobjekata za pojedine primjene u integriranim sustavima
Kriteriji vrednovanja
- Objasniti ulogu i definirati doprinos pojedinih područja nanotehnologije na literaturnim primjerima
- Opisati primjere primjena u pojedinim granama nanotehnologije
- Na primjeru objasniti ulogu nanoobjekata i ostalih komponeneta integriranog sustava
LITEARATURA
1.S. Kurajica, S. Lučić Blagojević, Uvod u nanotehnologiju, HDKI, 2017.
|
Pristupačnost
