PředmětyPředměty(verze: 853)
Předmět, akademický rok 2019/2020
  
Teorie a charakterizace disperzních systémů a heterogenních materiálů - P107006
Anglický název: Theory and Characterization of Disperse Systems and Heterogeneous Materials
Zajišťuje: Ústav skla a keramiky (107)
Platnost: od 2019
Semestr: oba
Body: 0
E-Kredity: 0
Způsob provedení zkoušky:
Rozsah, examinace: 3/0 Jiné [hodiny/týden]
Počet míst: zimní:neurčen / neurčen (neurčen)
letní:neurčen / neurčen (neurčen)
Minimální obsazenost: neomezen
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Úroveň:  
Pro druh: doktorské
Poznámka: předmět je určen pouze pro doktorandy
student může plnit i v dalších letech
předmět lze zapsat v ZS i LS
Garant: Pabst Willi prof. Dr. Dipl. Min.
Záměnnost : D107009
Je záměnnost pro: AP107006
Anotace -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (18.04.2018)
Předmět podává ucelený a detailní přehled o teorii a charakterizaci disperzních soustav (prášků a především suspenzí) a heterogenních materialů (jednofázových polykrystalických materiálů, vícefázových kompozitů, především dvoufázových, a porézních materiálů). Teoretický rámec předmětu je neoklasická teorie kontinua (tzv. racionální termomechanika), klasická teorie elektromagnetického pole a teorie vícefázových směsí resp. kompozitů (tzv. mikromechanika). Na začátku předmětu jsou vysvětleny ensemblové metody charakterizace částicových soustav, především na základě rozptylu světla, a metody charakterizace mikrostruktur pomocí obrazové analýzy s důrazem na stereologické vztahy. Po uvedení základních konstitutivních rovnic jsou pak probrány jednotlivé efektivní vlastnosti těchto disperzních soustav resp. heterogenních materiálů, tj. viskozita suspenzí, tepelná vodivost nanofluidů, elastické, tepelné, termoelastické a jiné vlastnosti heterogenních materiálů (jednofázových polykrystalických, včetně nanokrystalických, a vícefázových, především dvoufázových resp. porézních), se zvláštním důrazem na exaktní meze a prediktivní modelové vztahy (aproximace efektivního prostředí). Závěr předmětu tvoří stručné přehledy o perkolační teorii, proudění tekutin v porézním prostředí, efektivních elektrických, magnetických a elektromagnetických (optických) vlastnostech a klasické teorii rozptylu (Mieovy teorie), kterou předmět de facto začíná, čímž se kruh uzavírá.
Výstupy studia předmětu -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (18.04.2018)

Studenti budou umět:

(samozřejmě v závislosti na schopnostech každého jednotlivce vstřebat látku zde nabízenou)

1. zařadit jednotlivé modely disperzních soustav a heterogenních materiálů do příslušného teoretického rámce (klasická teorie kontinua, neklasická teorie kontinua, teorie směsí atd.) a orientovat se v teorii mikromechaniky a rozptylu,

2. charakterizovat disperzní soustavy a mikrostrukturu heterogenních materiálů lege artis a aplikovat tuto schopnost ve vlastních publikacích,

3. kriticky hodnotit dosud publikované modely disperzních soustav a heterogenních materiálů a rozlišit populární vědecký folklor od fyzikálně skutečně přípustných modelů,

4. uvědomit si, kriticky hodnotit a prohlédnout rozšířenou praxi mnoha dnešních autorů nerozlišovat fitovací rovnice od predikčních modelů a na tomto základě celou problematiku zvážit, vytvořit si vlastní názor v této otázce a stanovisko pro vlastní vědeckou činnost,

5. sami vyvinout nové modely resp. adaptovat stávající modely popisující souvislosti mezi mikrostrukturou a vlastnostmi disperzních soustav a heterogenních materiálů a tyto modely aplikovat ve vlastní výzkumné práci.

Literatura -
Poslední úprava: Pabst Willi prof. Dr. Dipl. Min. (12.09.2018)

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

Z - Bohren C. F., Huffman D. R.: Absorption and Scattering of Light by Small Particles. Wiley-VCH, Weinheim 2004. (ISBN 0-471-29340-7).

Z - 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 Publishers, New York 2011. (ISBN 978-1-61209-821-0).

Z - 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. Nova Science Publishers, New York 2017. (ISBN 978-1-63485-839-7).

Z - Pabst W.: Fundamental considerations on suspension rheology, Ceram. Silik. 48 (1), 6-13 (2004).

Z - Pabst W.: The linear theory of thermoelasticity from the viewpoint of rational thermomechanics, Ceram. Silik. 49 (4), 254-263 (2005).

Z - Pabst W., Hostaša J., Esposito L.: Porosity and pore size dependence of the real in-line transmission of YAG and alumina ceramics, J. Eur. Ceram. Soc. 34 (11), 2745-2756 (2014).

Z - Pabst W., Gregorová E.: The thermal conductivity of alumina-water nanofluids from the viewpoint of micromechanics, Microfluid. Nanofluid. 16 (1-2), 19-28 (2014).

Z - Pabst W., Gregorová E., Uhlířová T.: Microstructure characterization via stereological relations – a shortcut for beginners, Mater. Charact. 105 (1), 1-12 (2015).

Z - Pabst W., Gregorová E.: Elastic and thermal properties of porous materials – rigorous bounds and cross-property relations, Mater. Sci. Technol. 31 (15), 1801-1808 (2015).

D - van de Hulst H. C.: Light Scattering by Small Particles. Dover, New York 1981. (ISBN 0-486-64228-3).

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 Publishers, 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 Publishers, New York 2007. (ISBN 1-59454-854-4).

D - Pabst W.: Steps across the border - from micromechanics to the properties of nanoceramics, pp. 207-228 in Tseng T.-Y., Nalwa H.S. (eds.): Handbook of Nanoceramics and Their Based Nanodevices - Volume 3. American Scientific Publishers, Stevenson Ranch (California) 2009. (ISBN 1-58883-117-5).

D - 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., Uhlířová T., Nečina V., Gregorová E.: Basic concepts and classical models of solid state sintering, pp. 1-63 in Olson J. (ed.): Polycrystalline Materials - Synthesis, Performance and Applications. Nova Science Publishers, New York 2018. (ISBN 978-1-53613-864-1).

D - Pabst W., Gregorová E.: A generalized cross-property relation between the elastic moduli and conductivity of isotropic porous materials with spheroidal pores, Ceram. Silik. 61 (1), 74-80 (2017).

D - Pabst W., Uhlířová E.: A generalized class of transformation matrices for the reconstruction of sphere size distributions from section circle size distributions, Ceram. Silik. 61 (2), 147-157 (2017).

Studijní opory -
Poslední úprava: Pabst Willi prof. Dr. Dipl. Min. (12.09.2018)

Publikace přednášejícího uvedené v seznamu literatury (k dispozici v knihovně NTK nebo přímo u přednášejícího).

Metody výuky -
Poslední úprava: Pabst Willi prof. Dr. Dipl. Min. (12.09.2018)

Přednášky (pokud více než 2 studenty) nebo konzultace a samostudium.

Požadavky ke kontrole studia -
Poslední úprava: Pabst Willi prof. Dr. Dipl. Min. (06.06.2018)

nejsou

Sylabus -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (18.04.2018)

1. Velikostní a tvarová charakterizace částic a částicových soustav (včetně anizometrických částic) - od sedimentace k metodám využívajícím rozptyl světla

2. Charakterizace mikrostruktury heterogenních materiálů (včetně anizotropních) - od Archimeda k obrazové analýze pomocí stereologie

3. Stereologie I: Objemové frakce, pórovitost, hustota rozhraní, hustota integrálu středního zakřivení, střední délka úseků a jiné velikostní míry

4. Stereologie II: Rekonstrukce distribucí velikosti pomocí transformací na bázi Volterrových integrálních rovnic, korelační funkce

5. Racionální mechanika viskózních tekutin a elastických pevných látek

6. Reologie suspenzí: Efektivní viskozita zředěných a koncentrovaných suspenzí s kulovitými resp. nekulovitými částicemi

7. Lineární teorie termoelasticity a termoviskozity

8. Nanofluidy: Efektivní viskozita a tepelná vodivost

9. Efektivní vlastnosti polykrystalických a nanokrystalických materiálů

10. Efektivní elastické vlastnosti a tepelná vodivost kompozitů a porézních pevných látek I: Exaktní meze, lineární a self-konsistentní aproximace

11. Efektivní elastické vlastnosti a tepelná vodivost kompozitů a porézních pevných látek II: Diferenciální aproximace, clusterové rozvoje a jiné nelineární modely

12. Teorie perkolace a proudění tekutin v porézních prostředích

13. Efektivní elektrické, magnetické a elektromagnetické (optické) vlastnosti

14. Klasická teorie rozptylu (Mieova teorie a její aproximace)

Vstupní požadavky -
Poslední úprava: Pabst Willi prof. Dr. Dipl. Min. (06.06.2018)

nejsou

Studijní prerekvizity -
Poslední úprava: Pabst Willi prof. Dr. Dipl. Min. (06.06.2018)

nejsou

Podmínky zakončení předmětu -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (18.04.2018)

Ústní zkouška

Hodnocení studenta
Forma Váha
Ústní zkouška 100

 
VŠCHT Praha