1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	30
Laboratorijske vježbe	15

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

CILJ KOLEGIJA:
Upoznavanje studenata s temeljnim znanjima i vještinama neophodnim za pripravu, karakterizaciju i primjenu električki vodljivih polimera Nakon odslušanog kolegija studenti će biti u stanju primijeniti inženjerska znanja u pripravi i dizajnu visoko-funkcionalnih molekularnih struktura vodljivih polimera te argumentirano korelirati strukturu i svojstva s primjenom ovih materijala.

IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:

1. Tjedan
Uvod. Struktura električki vodljivih polimera. Razlika između konvencionalnih polimera i električki vodljivih polimera. Razlika između ionski vodljivih polimera (ionomera) i električki vodljivih polimera. Dimenzionalnost materijala s obzirom na svojstva.

Tjedan 2.
Elektroaktivnost i električna provodnost. Mehanizam električne provodnosti. Formiranje solitona kod poliacetilena. Definicija polarona i bipolarona. Franck-Condonov princip. Formiranje polarona i bipolarona kod polipirola, politiofena, polianilina, poli(p-fenilena). Promjene energetskog nivoa valentne i vodljive vrpce uslijed nastajanja polarona i bipolarona. Dopiranje vodljivih polimera.

Tjedan 3
Usporedba električne provodnosti vodljivih polimera s drugim materijalima. Promjena električne provodnosti s temperaturom kod električki vodljivih polimera. Mjerenje električne provodnosti (metoda četiri kontakta, metoda četiri točke, metoda Van der Pauw, metoda s prstenom). Mehanizam električne provodnosti skokovima unutar varijabilnih raspona (˝Variable range hopping˝).

Tjedan 4.
Vodljivost kod ugljika i materijala temeljenih na ugljiku. Usporedba sintetskog i prirodnog grafita. Sinteza i svojstva grafena.

Tjedan 5.
Mehanizam sinteze električki vodljivih polimera. Potencijal oksidacije monomera. Utjecaj nukleofilnosti otapala na proces polimerizacije. Sinteza električki vodljivih polimera. Osnove elektrokemijskih metoda sinteze. Osnove kemijskih metoda sinteze. Uvjeti provođenja elektrokemijske i kemijske polimerizacije kod polianilina, politiofena i polipirola. Nukleacija i rast polimera na površini elektrode u procesu elektrokemijske sinteze.

Tjedan 6.
Kolokvij

Tjedan 7.
Redoks reakcije električki vodljivih polimera, praćene transportom iona i elektrona kroz polimer. Prijenos otapala kroz polimer. Promjene u strukturi polimera i morfologiji uslijed redoks reakcije polimera.

Tjedan 8.
Karakterizacija vodljivih polimera elektrokemijskim metodama: ciklička voltametrija, kvarc-kristalna nanovaga i elektrokemijska impedancijska spektroskopija.

Tjedan 9.
Kemijska i fizikalna svojstva električki vodljivih polimera. Dopiranje polimera s raznim protuionima u svrhu poboljšanja topivosti i obradivosti. Procesi dedopiranja/dopiranja. Morfološke karakteristike vodljivih polimera. Utjecaj protuiona i supstituenata na lancu polimera na svojstva polimera. Stabilnost polimera u procesu oksidacije

Tjedan 10.
Spektroskopske metode analize električki vodljivih polimera. UV/Vis spektroskopija. Elektrokromizam kod električki vodljivih polimera. Primjena elektrokromatskih svojstava u raznim elektroničkim uređajima (savitljivi zasloni, svjetleće diode, pametni prozori, savitljive fotonaponske ćelije)

Tjedan 11.
Princip rada fotonaponskih ćelija. Primjena električki vodljivih polimera u izradi fotonaponskih ćelija.

Tjedan 12
Definicija svjetleće diode. Princip rada svjetleće diode. Primjena električki vodljivih polimera u izradi svjetleće diode.

Tjedan 13
Primjena električki vodljivih polimera kao aktivnih materijala u elektrokemijskih izvorima energije. Primjena kod galvanskih članaka i u superkondenzatorima. Prednosti i nedostaci ovih materijala kod korištenja u elektrokemijskim izvorima energije. Primjeri iz prakse. .

Tjedan 14
Izlaganje seminarskih radova. Diskusija o obrađenoj tematici.

Tjedan 15
Kolokvij

Laboratorijske vježbe:
Kemijska sinteza polianilina
Utjecaj nukleofilnosti otapala na dobivanje elektrokemijsku depoziciju politiofena.
Elektrokromatska svojstva polianilina.


RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:
Opće kompetencije
- Prepoznavanje uloge i važnosti električki vodljivih polimera u razvoju i inženjerstvu materijala
- Poznavanje električnih i optičkih svojstava vodljivih polimera.
- Poznavanje odnosa između kemijske i elektronske strukture i svojstava vodljivih polimera
- Znanja koja su potrebna za odabir i primjenu vodljivih polimera u različitim područjima znanosti i tehnike
Specifične kompetencije
- Poznavanje mehanizma sinteze vodljivih polimera i neophodnih sintetskih uvjeta
- Elektrokemijska depozicija vodljivih polimera i izrada aktivnih elektroda za različite primjene


OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHVA IZVRŠAVANJA:
Studenti su dužni prisustvovati predavanjima i seminarima.
Studenti su obavezni odraditi laboratorijske vježbe.
Studenti su obavezni pristupiti provjerama znanja

UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:
Studenti moraju pohađati predavanja.
Završene laboratorijske vježbe, predani svi referati iz vježbi i kolokvirane vježbe.


NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
Predavanja
Laboratorijske vježbe
Konzultacije

NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
Kolokvij iz laboratorijskih vježbi.
Dvije provjere znanja tijekom nastave.
Pismeni ispit.
Usmeni ispit.

NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:
Studentska anketa.

ISHODI UČENJA KOLEGIJA:
1. Predvidjeti polimerne strukture koje pripadaju skupini vodljivih polimera
2. Argumentirati mehanizam električne provodnosti u vodljivim polimerima
3. Odabrati uvijete za sintezu vodljivog polimera odgovarajućih svojstava
4. Odabrati metodu za karakterizaciju vodljivog polimera
5. Argumentirati tehnološku problematiku u primijeni vodljivih polimera

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA:
1. Povezati temeljne elemente kemije i inženjerstva materijala: strukturu, svojstva, proizvodnju i uporabu materijala
2. Identificirati probleme u području kemije i inženjerstva materijala
3. Planirati složene eksperimente primjenom laboratorijske opreme i uređaja
4. Koristiti laboratorijsku opremu i uređaje pri karakterizaciji materijala



k) NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA

1. Električna provodnost kod električki vodljivih polimera
Ishodi učenja:
-znati navesti primjere vodljivih polimera
-poznavati razliku u strukturi električki vodljivih polimera i konvencionalnih polimera
-poznavati razliku između elektronski i ionski vodljivih polimera
-poznavanje mehanizma vodljivosti kod električki vodljivih polimera
-poznavanje mehanizma dopiranja kod električki vodljivih polimera
-poznavanje metoda za određivanje električne provodnosti

Kriteriji vrednovanja:
-znati navesti primjere vodljivih polimera
-prepoznati strukturu polimera koja osigurava vodljivost kod polimerima
-znati navesti razliku između elektronski i ionski vodljivih polimera
-znati objasniti mehanizma vodljivosti kod električki vodljivih polimera
-navesti načine dopiranja kod električki vodljivih polimera
- navesti metode za određivanje električne provodnosti



2. Sinteza električki vodljivih polimera

Ishodi učenja:
-poznavanje mehanizma sinteze kod električki vodljivih polimera
-poznavanje osnovnih metoda sinteze kod električki vodljivih polimera
-znati navesti monomere koji se koriste u sintezi električki vodljivih polimera
-poznavanje uvjeta neophodnih za provedbu procesa polimerizacije
-poznavanje procesa nukleacije i rasta vodljivog polimera na metalnim površinama

Kriteriji vrednovanja:
-znati opisati mehanizma sinteze kod električki vodljivih polimera
-navesti osnovne metode sinteze vodljivih polimera
-znati navesti monomere koji se koriste u sintezi električki vodljivih polimera
-navesti uvijete neophodnih za provedbu procesa polimerizacije
-znati objasniti procesa nukleacije i rasta vodljivog polimera na metalnim površinama



3. Svojstva i primjena električki vodljivih polimera
Ishodi učenja:
-poznavanje osnovnih kemijskih i fizikalnih svojstava vodljivih polimera
-poznavanje utjecaja protuiona i supstituenata na lancu polimera na svojstva električki vodljivog polimera
-poznavanje morfoloških svojstava vodljivih polimera
-poznavanje elektrokromatskih svojstava vodljivih polimera
-poznavanje utjecaja fizikalnih i kemijskih svojstava na vodljivost
-znati navesti svojstva materijala koja se mogu odrediti korištenjem spektroskopskih i elektrokemijskih metoda
-biti upoznat s primjenom vodljivih polimera
-biti upoznat s načinima priprave i svojstvima nanostrukturiranih električki vodljivih polimera

Kriteriji vrednovanja:
-znati navesti osnovna kemijska i fizikalna svojstava vodljivih polimera
-poznavanje ovisnosti svojstva električki vodljivog polimera o protuionu koji je upotrjebljen u procesu dopiranja te o supstituentu na lancu polimera
-navesti morfološka svojstva vodljivih polimera
-objasniti elektrokromatska svojstva vodljivih polimera
- objasniti utjecaja fizikalnih i kemijskih svojstava na vodljivost
-znati navesti svojstva materijala koja se mogu odrediti korištenjem spektroskopskih i elektrokemijskih metoda
-navesti primjenu vodljivih polimera
-poznavati načine priprave i svojstva nanostrukturiranih električki vodljivih polimera

1. Predvidjeti polimerne strukture koje pripadaju skupini vodljivih polimera
2. Argumentirati mehanizam električne provodnosti u vodljivim polimerima
3. Odabrati uvijete za sintezu vodljivog polimera odgovarajućih svojstava
4. Odabrati metodu za karakterizaciju vodljivog polimera
5. Argumentirati tehnološku problematiku u primijeni vodljivih polimera
6. Povezati temeljne elemente kemije i inženjerstva materijala: strukturu, svojstva, proizvodnju i uporabu materijala
7. Identificirati probleme u području kemije i inženjerstva materijala
8. Planirati složene eksperimente primjenom laboratorijske opreme i uređaja
9. Koristiti laboratorijsku opremu i uređaje pri karakterizaciji materijala

1. predavanja: https://moodle.srce.hr/2020-2021/course/view.php?id=77962, M.Kraljić Roković,
2. One-Dimensional Metals (odabrana poglavlja), S. Roth, VCH, 1971.
3. 'Conducting polymers: Fundamentals and Application, P. Chandrasekhar, Kluwer Academic Publisher, 1999.
4. Conducting Polymers, L. Alacer, D. Reidel Publishing Company, 1987.
5. Conductive Electroactive Polymers, G. G. Wallace et. al., CRC Press, 2009.
6. 'Conducting Polymers: A New Era in Electrochemistry, G. Inzelt, 'Springer, 2009.

Izborni kolegij - Redovni studij - Kemija i inženjerstvo materijala