This course offers an elaborated explanation of quite different behavior of nanomaterials (i.e. nanostructured materials and nanocomposites) in comparison with their bulk counterparts. Consistent top-down approach consists in extrapolation of basic physical and chemical principles of "macroword" to "nano" region (1-100 nm) is used for interpretation of size-dependent properties of nanomaterials (density, bulk modulus, heat capacity, heat conductivity, cohesive energy, temperature and enthalpy of melting and solid-state transitions, temperature of magnetic transitions, glass transition, surface and interface energies, diffusion coefficient etc.).
Last update: Hladíková Jana (04.01.2018)
Předmět nabízí ucelený výklad významně odlišného chování nanomateriálů (tj. nanostrukturovaných materiálů a nanokompozitů) ve srovnání s materiály "klasickými". Konzistentní top-down přístup spočívající v extrapolaci základních fyzikálních a chemických zákonitostí platných pro makrosvět do "nano" oblasti (1-100 nm) podává vysvětlení významného vlivu velikosti a tvaru nanoobjektů (nanočástic, nanovláken a nanovrstev) na jejich vlastnosti: hustota, tepelná kapacita a tepelná vodivost, kohezní energie, teploty a entalpie fázových transformaci v pevném stavu, tání a sublimace, povrchová a mezifázová energie aj. Předmět dále poskytuje ucelený popis fázových a chemických rovnovah v nanosystémech, v rámci kterého předkládá řešení řady prakticky významných problémů.
Aim of the course -
Last update: Hladíková Jana (04.01.2018)
Students will be able to:
Explain different behavior of nano and macro objects within the top-down approach.
Describe the influence of surface energy and surface stress on equilibria in nanosystems.
Characterize nanoparticles properties on the bases of crystal lattice dynamic.
Last update: Hladíková Jana (04.01.2018)
Studenti budou umět:
Kvalitativně vysvětlit rozdílné chování nano a makro objektů v přístupu top-down.
Kvantitativně popsat vliv povrchové energie a povrchového napětí na rovnovážný stav nanosystémů.
Interpretovat chování nanočástic na základě dynamiky krystalové mřížky.
Literature -
Last update: Hladíková Jana (04.01.2018)
A:Q.Jiang,Z.Wen:Thermodynamics of Materials,Springer-Berlin and Higher Education Press-Beijing,2011,9783642147173
A:F.J.Owens,C.P.Poole:The Physics and Chemistry of Nanosolids,Wiley,2008,9780470067406
Last update: Hladíková Jana (04.01.2018)
D:Q.Jiang,Z.Wen:Thermodynamics of Materials,Springer-Berlin and Higher Education Press-Beijing,2011,9783642147173
D:F.J.Owens,C.P.Poole:The Physics and Chemistry of Nanosolids,Wiley,2008,9780470067406
Learning resources -
Last update: Leitner Jindřich prof. Ing. DrSc. (11.01.2018)
https://ipl.vscht.cz/studium/studijni-materialy/fch-nanomaterialu prezentace k jednotlivým přednáškám (ppt), pracovní studijní texty Struktura nanomateriálů (pdf), Rovnováhy v nanosystémech(pdf) a Fyzikální chemie nanomateroálů - příklady (pdf)
Last update: Leitner Jindřich prof. Ing. DrSc. (30.01.2018)
https://ipl.vscht.cz/studium/studijni-materialy/fch-nanomaterialu prezentace k jednotlivým přednáškám (ppt), pracovní studijní texty Struktura nanomateriálů (pdf), Rovnováhy v nanosystémech(pdf) a Fyzikální chemie nanomateriálů - příklady (pdf)
Syllabus -
Last update: Hladíková Jana (04.01.2018)
1. Introduction, top-down and bottom-up approaches
2. Atomic structure of solids
3. Equations of state for solids
4. Geometry of nanoobjects
5. Surface of solids
6. Density of nanoparticles, nanofilms and nanostructured materials
7. Cohesive energy of nanoparticles
8. Dynamics of crystal lattice, influence of surface atoms
9. Heat capacity and heat conductivity of nanosolids
10. Thermodynamics of interfaces
11. Phase equilibria in one-component systems influenced by interfaces
12. Phase equilibria in multi-component systems influenced by interfaces
13. Chemical equilibria in nanossystems
14. Kinetics of reaction in nanosystems
Last update: Leitner Jindřich prof. Ing. DrSc. (20.02.2018)
1. Úvod - Top-down vs. bottom-up: dva přístupy k nanoobjektům, teorie vs. experiment
2. Struktura a stavové chování (p-V-T) pevných látek
3. Energetika nanočástic a nanomateriálů
4. Povrch pevných látek
5. Struktura nanočástic a nanomateriálů – I. část (struktura a p-V-T chování nanočástic)
6. Struktura nanočástic a nanomateriálů – II. část (struktura nanostrukturovaných materiálů)
7. Rozměrově závislé kmity krystalové mříže
8. Fázové rovnováhy v jednosložkových nanosystémech – I. část (rovnováhy (g)-(l,s a (l)-(s))
9. Fázové rovnováhy v jednosložkových nanosystémech – II. část (rovnováhy (s1)-(s2), p-T diagramy)
10. Fázové rovnováhy ve vícesložkových nanosystémech – I. část (směšovací a dodatkové veličiny, rovnováhy (l)-(s) v binárních systémech)
11. Fázové rovnováhy ve vícesložkových systémech – II. část (rovnováhy (s1)-(s2) v binárních systémech, struktura bimetalických nanočástic)
12. Termodynamika chemických reakcí nanomateriálů
13. Kinetika chemických reakcí nanomateriálů – I. část (vliv velikosti a tvaru částic na rychlost reakcí (s)-(g) v nanosystémech)
14. Kinetika chemických reakcí nanomateriálů – II. část (vliv velikosti a tvaru na rozpouštění/růst nanočástic v kapalných prostředích)
Registration requirements -
Last update: Hladíková Jana (04.01.2018)
N126026 Introduction to nanomaterials
N126004 Thermodynamics of materials
N108006 Chemistry and physics of solids or N108004 Introduction to study of materials
Last update: Kubová Petra Ing. (14.03.2018)
Základy nanomateriálů
Termodynamika materiálů
Chemie a fyzika pevných látek nebo Úvod do studia materiálů
Course completion requirements -
Last update: Leitner Jindřich prof. Ing. DrSc. (30.01.2018)
Successful completion of the test (at least 40%) and passing the oral exam.
Last update: Leitner Jindřich prof. Ing. DrSc. (30.01.2018)
Úspěšné vyřešení zkouškového testu (získání alespoň 40%) a složení ústní zkoušky.
Teaching methods
Activity
Credits
Hours
Konzultace s vyučujícími
0.5
14
Účast na přednáškách
1
28
Příprava na přednášky, semináře, laboratoře, exkurzi nebo praxi