PředmětyPředměty(verze: 853)
Předmět, akademický rok 2019/2020
  
Microstructure and Properties of Heterogeneous Materials - AM107014
Anglický název: Microstructure and Properties of Heterogeneous Materials
Zajišťuje: Ústav skla a keramiky (107)
Platnost: od 2019
Semestr: zimní
Body: zimní s.:5
E-Kredity: zimní s.:5
Způsob provedení zkoušky: zimní s.:
Rozsah, examinace: zimní s.:3/0 Zk [hodiny/týden]
Počet míst: 10 / neurčen (neurčen)
Minimální obsazenost: neomezen
Jazyk výuky: angličtina
Způsob výuky: prezenční
Úroveň:  
Pro druh: navazující magisterské
Poznámka: předmět je možno zapsat mimo plán
povolen pro zápis po webu
Garant: Pabst Willi prof. Dr. Dipl. Min.
Záměnnost : N107027
Anotace -
Poslední úprava: Kubová Petra Ing. (15.01.2018)
Předmět podává ucelený a konzistentní přehled o mikrostruktuře a vlastnostech heterogenních materiálů (jedno- či vícefázových), včetně kompozitů, hutných poly- a nanokrystalických materiálů a porézních resp. celulárních materiálů, na základě teorie heterogenních materiálů, tzv. mikromechaniky. V úvodu je prezentována obecná klasifikace heterogenních materiálů a podán přehled o přípravě jak hutných tak porézních poly- a nanokrystalických materiálů. Následně jsou stručně shrnuty metody charakterizace mikrostruktury těchto materiálů a je vysvětlen pojem korelačních funkcí popisujících mikrostrukturu heterogenních materiálů. Podrobně jsou vysvětleny mikromechanické meze a modelové vztahy popisující souvislost mezi mikrostrukturou a vlastnostmi, včetně křížových vztahů. Převážná část předmětu se týká mechanických, termofyzikálních resp. termomechanických vlastností, menší část pak elektrických, magnetických a optických vlastností, transportu tekutin v porézních materiálech a viskozity a tepelné vodivosti suspenzí a nanofluidů. V kontextu nanomateriálů je vysvětlena i struktura rozhraní a tzv. model fázových směsí pro výpočet závislostí vlastností na velikosti zrn. Předmět je vhodný pro studenty všech materiálových oborů.
Výstupy studia předmětu -
Poslední úprava: Kubová Petra Ing. (15.01.2018)

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.

Literatura -
Poslední úprava: Kubová Petra Ing. (15.01.2018)

Z - Torquato S.: Random Heterogeneous Materials - Microstructure and Macrosopic Properties. Springer, New York 2002. (ISBN 0-387-95167-9).

Z - Gibson L. J., Ashby M. F.: Cellular Solids - Structure and Properties (second edition). Cambridge University Press, Cambridge 1997. (ISBN 0-521-49911-9).

Z - Koch C. C. (ed.): Nanostructured Materials - Processing, Properties, and Applications (second edition).William Andrew, Norwich 2007. (ISBN 978-0-8155-1534-0).

Z - Das S. K., Choi S. U. S., Yu W., Pradeep T.: Nanofluids - Science and Technology. Wiley-Interscience, Hoboken 2008. (ISBN 978-0-470-07473-2).

Z - Pabst W., Gregorová E.: Phase Mixture Models for the Properties of Nanoceramics. Nova Science Publishers, New York 2010. (ISBN 978-1-61668-673-4).

D - Pabst W., Gregorová E.: Effective elastic moduli of alumina, zirconia and alumina-zirconia composite ceramics, pp. 31-100 in Caruta B.M. (ed.): Ceramics and Composite Materials - New Research. Nova Science, New York 2006. (ISBN 1-59454-370-4).

D - Pabst W., Gregorová E.: Effective thermal and thermoelastic properties of alumina, zirconia and alumina-zirconia composite ceramics, pp. 77-138 in Caruta B.M. (ed.): New Developments in Materials Science Research. Nova Science, New York 2007. (ISBN 1-59454-854-4).

D - Pabst W., Hostaša J.: Thermal conductivity of ceramics - from monolithic to multiphase, from dense to porous, from micro to nano, pp. 1-112 in Wythers M.C. (ed.): Advances in Materials Science Research. Nova Science, New York 2011. (ISBN 978-1-61209-821-0).

D - Pabst W., Gregorová E., Uhlířová T.: Processing, microstructure, properties, applications and curvature-based classification schemes of porous ceramics, pp. 1-52 in Newton A. (ed.): Advances in Porous Ceramics. 188 pp. Nova Science Publishers, New York 2016. (ISBN hardcover 978-1-63485-839-7, e-book 978-1-63485-860-1).

Studijní opory -
Poslední úprava: Kubová Petra Ing. (15.01.2018)

Výukové materiály k přednáškám k dispozici u vyučujícího.

Sylabus -
Poslední úprava: Kubová Petra Ing. (15.01.2018)

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

Vstupní požadavky
Poslední úprava: Pabst Willi prof. Dr. Dipl. Min. (14.02.2018)

In order to enroll for this course the student must have a bachelor (B.Sc.) or comparable degree in chemistry, materials science and technology or a related field.

Podmínky zakončení předmětu - angličtina
Poslední úprava: Pabst Willi prof. Dr. Dipl. Min. (15.02.2018)

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

Zátěž studenta
Činnost Kredity Hodiny
Účast na přednáškách 1,5 42
Příprava na přednášky, semináře, laboratoře, exkurzi nebo praxi 1,5 42
Příprava na zkoušku a její absolvování 2 56
5 / 5 140 / 140
Hodnocení studenta
Forma Váha
Aktivní účast na výuce 30
Zkouškový test 30
Ústní zkouška 40

 
VŠCHT Praha