Technologia Chemiczna
Nanotechnologia
Semestr I (2°)
Osoba odpowiedzialna za przedmiot: dr inż. Andrzej Okuniewski.
Zaliczenie przedmiotu
Aby zdobyć zaliczenie z przedmiotu należy uzyskać pozytywny wynik (min. 60%) ze wszystkich trzech części przedmiotu. Ocena końcowa jest obliczana następująco:
O = 0,34×E + 0,33×P + 0,33×S
gdzie:
O – ocena końcowa
E – ocena z egzaminu
P – ocena za projekt
S – ocena z seminariów
Wykład
Program
- Zajęcia organizacyjne
- Historia nanotechnologii: Wykład There's Plenty of Room at the Bottom. Wprowadzenie pojęcia nanotechnologia.
- Nanolitografia: Fotolitografia. Rodzaje fotorezystów. Metody rozwirowania, rozpylania i zanurzania. Maski do fotolitografii, efekt bliskości optycznej (OPC). Elektronolitografia. Działa elektronowe. Nanoodciskanie. Litografia z użyciem sondy skanującej (SPL).
- Nanoelektronika: Pasma energetyczne. Poziom Fermiego. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane. Budowa przerwy energetycznej (prosta i skośna). Złącze p-n. Diody DIP, SMD, COB, OLED. Ceramika ITO. Polimery przewodzące. Wynalezienie tranzystora. Tranzystory MOSFET i układy CMOS. Prawo Moora.
- Pamięci komputerowe: Historia zapisu informacji binarnej, krosno Jaquarda. Gęstość zapisu informacji. Zapis magnetyczny i optyczny. Pamięci EPROM, Flash, SSD. Pamięci ReRAM. Przełączniki molekularne.
- Badania strukturalne: Ciała krystaliczne i amorficzne. Mikroskopy z sondą skanującą (STM, AFM). Silniki piezoelektryczne. Efekt tunelowy. Promieniowanie synchrotronowe. Spektroskopia XPS, AES, XANES i EXAFS. Badania rentgenostrukturalne.
- Chemia koordynacyjna i supramolekularna: Typy wiązań i oddziaływań chemicznych. Wiązanie koordynacyjne. Liczba koordynacyjna. Geometrie centrów koordynacji. Wiązania wodorowe, halogenowe i chalkogenowe. Oddziaływania π. Inżynieria krystaliczna. Metal-organic frameworks.
- Nanostruktury węglowe: Wymiarowość struktur. Odmiany alotropowe węgla. Fulereny. Nanorurki węglowe. Grafen i tlenek grafenu. Metoda Hummera.
- Efekty kwantowe w nanostrukturach: Jednowymiarowa nieskończona studnia potencjału (JNST), bezczasowe równanie Schrödingera, warunek brzegowy i normalizacyjny, funkcje falowe i energie stanów stacjonarnych dla JNST. Zastosowanie modelu JNST do półprzewodnikowych studni, drutów i kropek kwantowych.
- Nanostruktury 2D: Chemiczna funkcjonalizacja powierzchni. Samoorganizacja. Chemiczne i elektrochemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD, EVD), osadzanie warstw monoatomowych (ALD), epitaksja z wiązki molekularnej (MBE). Związki amfifilowe surfaktanty, fosfolipidy. Warstwy Langmuira. Metoda Langmuira-Blogett i Langmuira-Schaeffera.
- Nanostruktury 1D: Nanowłókna, nanodruty, nanopręty, nanokolumny, nanowstążki i nanorurki. Elektroprzędzenie, metoda VLS (vapour-liquid-solid), synteza wg szablonu (template synthesis). Wąsy metaliczne (whiskers).
- Nanostruktury 0D: Nanosfery, nanomuszle, nanokostki, nanopatyczki. Nanocząstki core-shell. Wpływ kształtu i rozmiaru na właściwości nanocząstek. Rezonans plazmonowy. Fluorescencja. Nanocząstki metaliczne. Nanoczątki srebra i ich zastosowanie, srebrzyca (argyria). Nanocząstki złota. Nanocząstki tlenkowe (metali i półmetali). Metoda solwo- i hydrotermalna. Metoda zol-żel, alkoksymetale, TEOS. Nanocząstki magnetyczne. Nanocząstki półprzewodników (II-VI i III-V). Kropki kwantowe. Nanocząstki organiczne, polimerowe. Koacerwacja. Micele i liposomy. Dendrymery.
- Nanomaszyny: Nanomaszyny biologiczne, białka motoryczne. Maszyny molekularne i Nagroda Nobla 2016 z chemii. Silniki molekularne. Potencjalne zastosowania.
- Nanotechnologia w medycynie: Nanodiagnostyka i nanomedycyna. Nośniki leków. Terapia genowa. Terapia fototermiczna. Wykrywanie skrzepów krwi. Implantologia. Zastosowanie nanomaszyn w medycynie.
- Omówienie zagadnień egzaminacyjnych
Zaliczenie
- Studenci, którzy zaliczą seminaria i projekt będą dopuszczeni do egzaminu w formie testu z całości materiału w sesji podstawowej.
- Egzamin będzie składał się z 15 zadań testowych (15 pkt.) oraz 5 zadań otwartych (10 pkt.). Zalicza 60%, czyli 15 pkt.
- Na egzamin proszę zabrać kalkulator. Niezbędne wzory i stałe (pdf) będą widoczne na ekranie przez cały czas trwania egzaminu.
- Osoby, które nie uzyskają zaliczenia w pierwszym terminie mogą przystąpić do egzaminu w sesji poprawkowej.
- Studenci, którzy będą posiadali więcej niż 20% nieusprawiedliwionych nieobecności będą nieklasyfikowani.
Skala ocen
Liczba punktów | Ocena |
---|---|
23 — 25 | 5,0 |
21 — 22 | 4,5 |
19 — 20 | 4,0 |
17 — 18 | 3,5 |
15 — 16 | 3,0 |
≤ 14 | 2,0 |
Literatura
- R. W. Kelsall, I. W. Hamley, M. Geoghegan: Nanotechnologie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2008
- Ch. P. Poole Jr., F. J. Owens: Introduction to Nanotechnology. Wiley-Interscience Hoboken, New Jersey 2003
- B. Dręczewski, A. Herman, P. Wroczyński: Nanotechnologia – stan obecny i perspektywy, Wydawnictwo PG, Gdańsk 1997
Projekt
Program
W ramach zajęć studenci samodzielnie opracowują projekty, których opis znajduje się w materiałach poniżej.
Harmonogram
Tydzień | Zajęcia |
---|---|
1 | Zajęcia organizacyjne, omówienie celu i sposobu realizacji zajęć, wprowadzenie do modelowania molekularnego, zapoznanie studentów z obsługą programu HyperChem. |
2 — 9 | Realizacja projektu |
10 | Oddanie projektu |
11 — 14 | Poprawianie projektów |
15 | Ostateczny termin oddania poprawionych projektów, wystawianie ocen |
Zaliczenie
- Projekt realizowany jest przez studentów w indywidualnym tempie.
- Studenci, którzy będą posiadali więcej niż 20% nieusprawiedliwionych nieobecności będą nieklasyfikowani.
- Projekt należy wydrukować dwustronnie na kartkach A4 i trwale połączyć (np. bindowanie, listwa). Wzór pierwszej strony.
- Projekt należy oddać w 10 tygodniu semestru. Poprawione projekty należy oddać przed zakończeniem semestru.
Skala ocen
Liczba punktów | Ocena |
---|---|
23 — 25 | 5,0 |
21 — 22 | 4,5 |
19 — 20 | 4,0 |
17 — 18 | 3,5 |
15 — 16 | 3,0 |
≤ 14 | 2,0 |
Materiały
Seminaria
Program
W ramach zajęć studenci przygotowują indywidualne wystąpienia (wraz z prezentacją multimedialną wyświetlaną z komputera osobistego - np. PowerPoint, OpenOffice, Google Prezentacje, Prezi) na wyznaczone tematy. Tematyka seminariów obejmuje treści zawarte w pracach naukowych opublikowanych w ubiegłorocznym numerze czasopisma Nanotechnology.
Harmonogram
Tydzień | Zajęcia |
---|---|
1 | Zajęcia organizacyjne, przydzielenie tematów |
2 | Podstawy technik prezentacji |
3 — 5 | Opracowanie tematów, dobór literatury, konsultacje |
6 — 15 | Prezentacje studenckie |
Zaliczenie
Aby uzyskać zaliczenie każdy ze studentów musi przygotować i wygłosić 20-minutową prezentację na określony temat. Prezentację w formie elektronicznej należy po zajęciach przesłać prowadzącemu.
Zasady oceny:
Kategoria | Wymagania | Liczba punktów | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Estetyka wykonania | czytelność, brak wiszących spójników, dobór grafiki | 2 pkt. | ||||||||||||||||
Sposób prezentacji | płynność prezentacji, nieczytanie z kartki, stosowne słownictwo, postawa | 2 pkt. | ||||||||||||||||
Opracowanie tematu | przedstawienie: wprowadzenia, wyników z artykułu, potencjalnych zastosowań, podsumowania, literatury (podstawowej i uzupełniającej) | 6 pkt. | ||||||||||||||||
Dyskusja | pytania od słuchaczy i prowadzącego | 4 pkt. | ||||||||||||||||
Zachowanie czasu prezentacji |
|
5 pkt. | ||||||||||||||||
Frekwencja |
|
3 pkt. | ||||||||||||||||
Przesłanie prezentacji | przesłanie prezentacji w formie pliku PDF na adres prowadzącego | 3 pkt. |
Skala ocen
Liczba punktów | Ocena |
---|---|
23 — 25 | 5,0 |
21 — 22 | 4,5 |
19 — 20 | 4,0 |
17 — 18 | 3,5 |
15 — 16 | 3,0 |
< 15 | 2,0 |