The students will be able to …

… correctly use the most important concepts from the theory of heterogeneous materials (micromechanics).

… understand the relationships between the preparation method, microstructure and properties of hetergeneous materials, including dense poly- and nanocrystalline materials (single-phase and multiphase) and porous and cellular materials.

… quantitatively characterize the microstructure of heterogeneous materials, understand the concept of correlations functions and correctly interpret the results of the microstructural characterization of heterogeneous materials.

… correctly use the micromechanical bounds and model relations for the prediction of the effective properties of heterogeneous materials.

… apply phase mixture models for predicting the properties of nanocrystalline materials.

… understand the theoretical foundations of the theory of heterogeneous materials (micromechanics) to the degree necessary to fully understand and be able to critically assess a large part of the modern literature in the field of materials science.

Studenti budou umět:

Správně používat nejdůležitější pojmy související s teorií heterogenních materiálů (mikromechanikou).

Porozumět souvislosti mezi metodu přípravy, mikrostrukturou a vlastnostmi heterogenních materiálů, včetně hutných poly- a nanokrystalických materiálů a porézních resp. a celulárních materiálů.

Kvantitativně charakterizovat mikrostrukturu heterogenních materiálů, porozumět koncepci tzv. korelačních funkcí a správně interpretovat výsledky mikrostrukturní charakterizace heterogenních materiálů.

Používat správné mikromechanické meze resp. modelové vztahy k předpovědi efektivních vlastností heterogenních materiálů.

Aplikovat model fázových směsí pro předpověď vlastností nanokrystalických materiálů.

Porozumět teoretickým základům teorie heterogenních materiálů (mikromechaniky) do té hloubky, která je nezbytná pro plné pochopení a kritické hodnocení velké části moderní literatury v poblasti materiálových věd.

In order to complete the subject the student has to pass a written classification test and an oral exam.

Podmínka zakončení předmětu je úspěšné absolvování zkouškového testu a ústní zkoušky.

Recommended:

• Random Heterogeneous Materials - Microstructure and Macrosopic Properties, Torquato, S., 2002
• Cellular solids, structure and properties (second edition), Gibson, Lorna J., Ashby, M. F., 1997
• Nanostructured Materials - Processing, Properties, and Applications (second edition), Koch, C. C. (ed.), 2007
• Nanofluids - Science and Technology., Das, S. K., Choi, S. U. S., Yu, W., Pradeep, T., 2008
• Phase Mixture Models for the Properties of Nanoceramics, Pabst, W., Gregorová, E., 2010

Optional:

• Ceramics and Composite Materials - New Research, Caruta, B.M. (ed.), 2006
• New Developments in Materials Science Research, Caruta, B.M. (ed.), 2007
• Advances in Materials Science Research, Wythers, M.C. (ed.), 2011
• Advances in Porous Ceramics, Newton A. (ed.), 2016

Doporučená:

• Random Heterogeneous Materials - Microstructure and Macrosopic Properties, Torquato, S., 2002
• Cellular solids, structure and properties (second edition), Gibson, Lorna J., Ashby, M. F., 1997
• Nanostructured Materials - Processing, Properties, and Applications (second edition), Koch, C. C. (ed.), 2007
• Nanofluids - Science and Technology., Das, S. K., Choi, S. U. S., Yu, W., Pradeep, T., 2008
• Phase Mixture Models for the Properties of Nanoceramics, Pabst, W., Gregorová, E., 2010

Volitelná:

• Ceramics and Composite Materials - New Research, Caruta, B.M. (ed.), 2006
• New Developments in Materials Science Research, Caruta, B.M. (ed.), 2007
• Advances in Materials Science Research, Wythers, M.C. (ed.), 2011
• Advances in Porous Ceramics, Newton A. (ed.), 2016

1. Introduction (definition of heterogeneous materials, effective properties)

2. Polycrystalline (and nanocrystalline) materials, (nano-)composites and porous materials (including so-called cellular materials)

3. Preparation, classification and application of single-phase polycrystalline materials, multiphase materials (composites) and porous materials

4. Microstructural characterization of single-phase polycrystalline materials, multiphase materials (composites) and porous materials

5. Microstructure, global descriptors and correlation functions (one-, two-, three-, four-point)

6. Mechanical (elastic), thermophysical (conductivity, specific heat) and thermomechanical (thermoelastic) properties of single-phase polycrystalline materials (Voigt-Reuss etc.)

7. Micromechanical bounds of effective properties of multiphase / composite and porous materials (one-point / Wiener-Paul, two-point / Hashin-Shtrikman and three-point / Beran)

8. Model relations for the description of the relation between the microstructure and effective properties of composites (exact models, single-inclusion solutions, cluster approximations as well as Maxwell-type, self-consistent and differential effective medium approximations)

9. Mechanical (elastic), thermophysical (conductivity, specific heat) and thermomechanical (thermoelastic) properties of porous materials (including Coble-Kingery and Gibson-Ashby)

10. Cross-property relations between effective properties (elementary bounds / Milton-Torquato, Levin relation for the coefficient of thermal expansion, cross-property relations between elastic moduli and conductivity)

11. Interfaces (grain and phase boundaries) and phase mixture models for nanomaterials; grain size dependence of effective properties of polycrystalline and nanocrystalline materials

12. Effective viscosity and thermal conductivity of suspensions and nanofluids; shape effects

13. Effective electrical, magnetic and optical properties of heterogeneous materials; scattering

14. Fluid transport in porous media

1. Úvod (definice a klasifikace heterogenních materiálů, jejích mikrostruktury a efektivních vlastnosti)

2. Polykrystalické (a nanokrystalické) materiály, (nano-)kompozity a porézní materiály (včetně tzv. celulárních materiálů)

3. Příprava, klasifikace a aplikace jednofázových polykrystalických materiálů, vícefázových materiálů (kompozitů) a porézních materiálů

4. Charakterizace mikrostruktury jednofázových polykrystalických materiálů, vícefázových materiálů (kompozitů) a porézních materiálů

5. Mikrostruktura, globální deskriptory a korelační funkce (jedno-, dvou-, tři- a čtyřbodové)

6. Mechanické (elastické), termofyzikální (vodivost, specifické teplo) a termomechanické (termoelastické) vlastnosti jednofázových polykrystalických materiálů (Voigt-Reuss atd.)

7. Mikromechanické meze efektivních vlastností vícefázových / kompozitních a porézních materiálů (jednobodové / Wiener-Paul, dvoubodové / Hashin-Shtrikman a třibodové / Beran)

8. Modelové vztahy k popisu souvislosti mezi mikrostrukturou a efektivními vlastnostmi kompozitů (exaktní modely a aproximace: Maxwell, self-konsistentní, diferenciální)

9. Mechanické (elastické), termofyzikální (vodivost, specifické teplo) a termomechanické (termoelastické) vlastnosti porézních materiálů (včetně Coble-Kingery a Gibson-Ashby)

10. Křížové vztahy mezi efektivními vlastnostmi (elementární meze / Milton-Torquato, Levinův vztah pro koeficient teplotní roztažnosti a křížoví vztahy mezí elastickými moduly a vodivosti)

11. Rozhraní zrn, fázové rozhraní a modely fázových směsí pro nanomateriály; vliv velikosti zrn na efektivní vlastnosti polykrystalických a nanokrystalických materiálů

12. Efektivní viskozita a tepelná vodivost suspenzí a nanofluidů; vliv tvaru částic

13. Efektivní elektrické, magnetické a optické vlastnosti heterogenních materiálů; rozptyl

14. Transport tekutin a adsorpce v porézních materiálech

Lecture notes on CD (available from the lecturer).

Výukové materiály k přednáškám k dispozici u vyučujícího.

Introduction to Materials, Mathematics I

Úvod do studia materiálů, Matematika I