1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	30
Laboratorijske vježbe	30

* 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 te nano-strukturiranih površina od vodljivih polimera.

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.
Mehanizam sinteze električki vodljivih polimera. Potencijal oksidacije monomera. Utjecaj nukleofilnosti otapala na proces polimerizacije.

Tjedan 5.
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.
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 8.
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 9.
Elektrokemijske metode analize električki vodljivih polimera. Ciklička voltametrija. Elektrokemijska impedancijska spektroskopija. Elektrokemijska kvarc kristalna nanovaga.

Tjedan 10.
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 11.
Primjena električki vodljivih polimera u katalizi i kod senzora. Konduktometrijski, amperometrijski, voltametrijski, potenciometrijski, gravimetrijski i optički senzori. Upotreba vodljivih polimera za otpuštanje biološki aktivnih supstanci.

Tjedan 12
Elektroluminiscencija kod vodljivih polimera. Definicija svjetleće diode. Princip rada svjetleće diode. Primjena električki vodljivih polimera u izradi svjetleće diode. Princip rada fotonaponskih ćelija. Primjena električki vodljivih polimera u izradi fotonaponskih ćelija.

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.
Primjena električki vodljivih polimera u zaštiti od korozije. Princip djelovanja vodljivog polimera u zaštiti od korozije. Mogući načini nanošenja polimera na površinu metala u svrhu korozijske zaštite.


Tjedan 14
Nano-strukturirani električki vodljivi polimeri. Kompoziti električki vodljivih polimera i raznih nanostrukturiranih materijala. Primjena i svojstva nanostrukturiranih električki vodljivih polimera. Kompoziti vodljivih polimera i konvencionalnih polimera. Primjena i svojstva kompozita vodljivih i konvencionalnih polimera.


Tjedan 15
Kolokvij

Laboratorijske vježbe:
Kemijska sinteza polianilina
Utjecaj nukleofilnosti otapala na dobivanje elektrokemijsku depoziciju politiofena.
Raspodjela produkata u elektrokemijskoj sintezi polianilina.
Konstrukcija galvanskog članka s vodljivim polimerom kao aktivnim materijalom.
Elektrokromatska svojstva polianilina.


RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:
Opće kompetencije
- Prepoznavanje uloge i važnosti električki vodljivih polimera u razvoju i inženjerstvu materijala
- oznavanje električnih i optičkih svojstava vodljivih polimera.
- Pznavanje odnosa između kemijske i elektronske strukture i svojstava vodljivih polimera
- Znnja koja su potrebna za odabir i primjenu vodljivih polimera u različitim područjima znanosti i tehnike
Specifične kompetencije
- Pznavanje mehanizma sinteze vodljivih polimera i neophodnih sintetskih uvjeta
- Eektrokemijska 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:
- Skicirati polimerne strukture koje pripadaju skupini vodljivih polimera
- Aktivno objasniti mehanizam električne provodnosti u vodljivim polimerima
- Primijeniti znanja i razviti vještine sinteze vodljivih polimera odgovarajućih svojstava
- Razvijati tehnološku problematiku primijene vodljivih polimera


ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA:
1. rješavati kvalitativne i kvantitativne probleme primjenom prikladnih kemijskih principa i teorija
2. interpretirati kemijske informacije i podatke
3. primijeniti znanja u praksi, posebno u rješavanju problema na temelju kvalitativnih ili kvantitativnih informacija




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. Skicirati polimerne strukture koje pripadaju skupini vodljivih polimera
2. Aktivno objasniti mehanizam električne provodnosti u vodljivim polimerima
3. Primijeniti znanja i razviti vještine sinteze vodljivih polimera odgovarajućih svojstava
4. Razvijati tehnološku problematiku primijene vodljivih polimera

1. 1. Zoran Mandić, predavanja i interni nastavni materijali.,
2. 2. S. Roth, "One-Dimensional Metals", VCH, Weinheim, (1971).
   3. G. P. Evans, "The Electrochemistry of Conducting Polymers", Ch 1 in "Advances in Electrochemical Science and Engineering", VCH, Weinheim, (1990).
   4. L. Alacer, "Conducting Polymers", D. Reidel Publishing Company, Dordrecht, (1987).
   5. G. G. Wallace et. al. "Conductive Electroactive Polymers", CRC Press, (2003).,

Izborna grupa - Redovni modul - Specifični materijali i napredne tehnologije