Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
Sensor, control, and communication technologies are strategic components of numerous industrial processes and systems. Many of them are aimed to energy optimal, safe and reliable operation of robotics systems and technological processes. Progress in development of these technologies opens up new opportunities of practical applications of the advances made in other research fields like functional materials. Special attention is paid in this subject to the application of advanced functional materials and technologies in sensors, actuators and robotic systems.
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
Senzorové, řídicí a komunikační technologie jsou strategickými součástmi mnoha průmyslových procesů a systémů. Řada z nich je zaměřena na energeticky optimální, bezpečný a spolehlivý provoz robotických systémů a technologických procesů. Pokrok ve vývoji těchto technologií otevírá nové možnosti praktických aplikací výsledků dosažených v jiných oblastech výzkumu, jako jsou funkční materiály. Zvláštní pozornost je v tomto předmětu věnována aplikaci pokročilých funkčních materiálů a technologií v senzorech, akčních členech a robotických systémech.
Aim of the course -
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
Students will be able to:
describe the behavior of electronic components in terms of chemistry and material engineering,
understand conversion mechanisms of sensors and actuators, including their design using advanced functional materials,
understand principles of modern electronic devices and modern technologies of their production.
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
Studenti budou umět:
popsat chování elektronických součástek z hlediska chemie a materiálového inženýrství,
převodní mechanismy senzorů a aktuátorů, včetně jejich návrhu s využitím pokročilých funkčních materiálů,
principy moderních elektronických zařízení a moderní technologie jejich výroby.
Literature -
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
e-learning.vscht.cz
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
e-learning.vscht.cz
Syllabus -
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
1. Cyber–Physiochemical Interfaces: Introduction and material development; cyber biophysical interface; biomechanical signals sensing interface; cyber biochemical interface; system integration; machine learning and edge computing
2. Organic Conducting Materials: Definition; classification; structure and properties; solitons, polarons and bipolarons; transport properties; mobility in selected materials; electrochemical properties of selected materials; applications
3. Carbon Nanomaterials: Introduction; classification; synthesis and physical, electronic and mechanical characteristic features of selected carbon nanomaterials (fullerenes, graphene, carbon nanodiamonds, carbon blacks, carbon dots, carbon nanofibers and carbon nanotubes); applications
4. Semiconductor Materials: Definition; atomic structure; energy levels and energy bands; covalent bonding and intrinsic materials; extrinsic semiconductors; conductivity; examples and applications
6. Introduction to Smart Materials: Definition; classes and mechanisms; applications
7. Magnetic Sensitive Materials: Introduction to magnetism (magnetic moments; interaction between magnetic material and magnetic field; magnetic susceptibility); magnetic nanoparticles; magnetic properties of nanoparticles; colloidal stability; composite magnetic systems (1D, 2D and 3D); applications
10. Shape Memory Materials: Shape-transformation; types and definition of curvatures; smart polymers (e.g., hydrogels, liquid crystal polymers, other smart polymers); stimulation type; deformation mechanisms; applications
11. Energy Storage Materials and Devices: Energy storage mechanisms; batteries; supercapacitors; pseudocapacitors; nanomaterials for energy storage devices; flexible and wearable energy-storage devices; self-healing energy storage devices
12. Smart Fabric Sensors and E-textile: History; terminology; methods of preparation; textile and internet of things; textile electrodes; smart fabric sensors
13. E-skins and Living Bioelectronics: Definition and terminology; e-skins: basic material developments to device components; living bioelectronics: design, challenges and ideal characteristics; medical electrodes; examples
14. Additive Printing: Introduction; polymers for additive manufacturing; 3D printing techniques; 3D printing of functional materials; 4D printing
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
1. Kyber– fyziochemická rozhraní: Úvod a materiálový vývoj; kyber- biofyzikální rozhraní; rozhraní pro snímání biomechanických signálů; kyber- biochemické rozhraní; systémová integrace; strojové učení a edge computing
2. Organické elektricky vodivé materiály: Definice; klasifikace; struktura a vlastnosti; solitony, polarony a bipolarony; transportní vlastnosti; pohyblivost nosičů náboje ve vybraných materiálech; elektrochemické vlastnosti vybraných materiálů; aplikace
3. Uhlíkové nanomateriály: Úvod; klasifikace; syntéza a fyzikální, elektronické a mechanické vlastnosti vybraných uhlíkových nanomateriálů (fullereny, grafen, uhlíkové nanodiamanty, saze, uhlíkové tečky, uhlíková nanovlákna a uhlíkové nanotrubky); aplikace
4. Polovodičové materiály: Definice; atomová struktura; energetické hladiny a pásma; kovalentní vazby; vlastní a nevlastní polovodiče; vodivost; příklady a aplikace
5. Hybridní materiály: Definice; metody přípravy; vztahy struktura-morfologie-vlastnosti; příklady a aplikace
6. Úvod do inteligentních materiálů: Definice; třídy a mechanismy; aplikace
7. Magnetické materiály: Úvod do magnetismu (magnetický moment; interakce mezi magnetickým materiálem a magnetickým polem; magnetická susceptibilita); magnetické nanočástice; magnetické vlastnosti nanočástic; koloidní stabilita; kompozitní magnetické systémy (1D, 2D a 3D); aplikace
8. Dielektrické, piezoelektrické a feroelektrické materiály: Dielektrický materiál; polarizace; piezoelektrický jev; piezoelektrické materiály; feroelektrické materiály; aplikace
10. Shape Memory Materials: Tvarová transformace; typy a definice zakřivení; inteligentní polymery (např. hydrogely, polymery s tekutými krystaly, další inteligentní polymery); stimulace; deformační mechanismy; aplikace
11. Materiály a zařízení pro skladování energie: Mechanismy skladování energie; baterie; superkondenzátory; pseudokapacitory; nanomateriály pro zařízení na skladování energie; flexibilní a nositelná zařízení pro skladování energie; samoopravitelná zařízení pro ukládání energie
12. Inteligentní textilní senzory and E-textil: Historie; terminologie; způsoby přípravy; textil a internet věcí; textilní elektrody; inteligentní textilní senzory
13. E-kůže a bioelektronika: Definice a terminologie; vývoj materiálů pro e-kůže; bioelektronika: design, výzvy a ideální vlastnosti; lékařské elektrody; příklady
14. Aditivní tisk: Úvod; polymery pro aditivní tisk; techniky 3D tisku; 3D tisk funkčních materiálů; 4D tisk
Registration requirements -
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
none
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
žádné
Course completion requirements -
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
Passing the test and the oral exam.
Last update: Kopecký Dušan doc. Ing. Ph.D. (12.07.2021)
Úspěšné složení zápočtu a zkoušky.
Teaching methods
Activity
Credits
Hours
Konzultace s vyučujícími
0.4
10
Účast na přednáškách
1.5
42
Příprava na přednášky, semináře, laboratoře, exkurzi nebo praxi