Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Mikro i Nano Technologie Materiałowe
Course of study:
2017/2018
Code:
CIM-2-201-MN-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Mikro i nanotechnologie materiałowe
Field of study:
Materials Science
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Kata Dariusz (kata@agh.edu.pl)
Academic teachers:
prof. nadzw. dr hab. inż. Bućko Mirosław (bucko@agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Kata Dariusz (kata@agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Wojciechowski Krzysztof (wojciech@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 rozumie potrzebę dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych i społecznych IM2A_K08
M_K002 prawidłowo interpretuje i rozstrzyga problemy technologiczne IM2A_K07
M_K003 rozumie znaczenie wpływu inżynierii materiałowej na rozwój nowoczesnych technologii IM2A_K06
Skills
M_U001 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; weryfikować poprawność danych; potrafi integrować uzyskane informacje, interpretować, a także wyciągać i formułować wnioski oraz merytorycznie uzasadniać opinie w obszarze nauki o materiałach IM2A_U01
M_U002 Potrafi zaplanować i przeprowadzić pomiary właściwości użytkowych materiałów oraz interpretować uzyskane wyniki IM2A_U08
M_U003 Potrafi opracować i przedstawić ustnie rezultaty badań, w języku polskim lub w języku angielskim, stosując techniki wizualizacji komputerowej. IM2A_U04
Knowledge
M_W001 Ma wiedzę o aktualnych trendach rozwojowych inżynierii materiałowej i najistotniejszych nowych materiałach i technologiach materiałowych IM2A_W15 Examination
M_W002 Ma poszerzoną wiedzę w zakresie metod badań właściwości materiałów IM2A_W08
M_W003 Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu wykorzystania nanostruktur tworzyw polikrystalicznych i nanozawiesin w technologiach przemysłowych IM2A_W05
M_W004 Ma poszerzoną wiedzę z zakresu projektowania materiałowego produktów o założonej strukturze i właściwościach użytkowych oraz modelowaniu procesów. IM2A_W09
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 rozumie potrzebę dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych i społecznych + - - - - + - - - - -
M_K002 prawidłowo interpretuje i rozstrzyga problemy technologiczne - - - - - - - - - - -
M_K003 rozumie znaczenie wpływu inżynierii materiałowej na rozwój nowoczesnych technologii - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; weryfikować poprawność danych; potrafi integrować uzyskane informacje, interpretować, a także wyciągać i formułować wnioski oraz merytorycznie uzasadniać opinie w obszarze nauki o materiałach + - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi zaplanować i przeprowadzić pomiary właściwości użytkowych materiałów oraz interpretować uzyskane wyniki - - + - - + - - - - -
M_U003 Potrafi opracować i przedstawić ustnie rezultaty badań, w języku polskim lub w języku angielskim, stosując techniki wizualizacji komputerowej. - - - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Ma wiedzę o aktualnych trendach rozwojowych inżynierii materiałowej i najistotniejszych nowych materiałach i technologiach materiałowych + - + - - + - - - - -
M_W002 Ma poszerzoną wiedzę w zakresie metod badań właściwości materiałów + - + - - + - - - - -
M_W003 Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu wykorzystania nanostruktur tworzyw polikrystalicznych i nanozawiesin w technologiach przemysłowych + - + - - + - - - - -
M_W004 Ma poszerzoną wiedzę z zakresu projektowania materiałowego produktów o założonej strukturze i właściwościach użytkowych oraz modelowaniu procesów. + - + - - + - - - - -
Module content
Lectures:

1)Rozwój nanotechnologii i mikrotechnologii w Polsce i na świecie 2 godz.
Definicja pojęcia nanotechnologia, podstawowe własności nanomateriałów, rożnice w pojęciach nanokompozyt i kompozyt. Przykłady nanokompozytów. Definicja pojęcia mikrotechnologia. Przykłady technologii odniesionej do skali mikro. Różnice w pojęciach mikrotechnologia a nanotechnologia.
2)Otrzymywanie i technologia nanomateriałów 2 godz.
Pojęcia: kropka kwantowa, drut kwantowy, fulereny. Sposoby otrzymywania nanoproszków i nanokompozytów: ziarnistych, warstwowych, włóknistych, zerowymiarowych, jednowymiarowych i trójwymiarowych. Specyficzne własności nanomateriałów oraz ich wykorzystanie.
3)Zastosowanie nanotechnologii w ogniwach paliwowych; 4 godz. Definicja ogniwa paliwowego; rodzaje ogniw paliwowych: PEMFC (Proton-exchange membrane fuel cell), DMFC (Direct-methanol fuel cell), AFC (Alkaline fuel cell), PAFC (Phosphoric acid fuel cell), SOFC (Solid-oxide fuel cell), MCFC (Molten-carbonate fuel cell), DCFC (Direct carbon fuel cell). Wykorzystanie nanomateriałów na elektrody w ogniwach. Wpływ mikro i nano struktury na wydajność ogniw.
4) Zastosowanie mikrotechnologii w mikrourządzeniach 6 godz.Mikroreaktory do produkcji wodoru – budowa zasada działania, podstawy fizykochemiczne procesu produkcji wodoru, możliwości zastosowania na szeroką skalę
Mikrorekatory typu T do badania krwi – budowa, zasada działania, podstawy fizykochemiczne procesu detekcji, możliwości zastosowania na szeroką skalę
Mikroreaktory typu H do detekcji i rozdziału DNA – budowa, zasada działania, podstawy fizykochemiczne procesu rozdziału, możliwości zastosowania na szeroką skalę
Mikrowymienniki ciepła – budowa, zasada działania, podstawy fizykochemiczne procesu wymiany ciepła w mikrourządzeniach, możliwości zastosowania na szeroką skalę
Mikromieszalniki cieczy – budowa, zasada działania, podstawy fizykochemiczne procesu mieszania małych objętości cieczy, możliwości zastosowania na szeroką skalę
Mikroreaktory przeznaczone do reakcji w fazie gazowej – budowa, zasada działania, podstawy fizykochemiczne procesu detekcji, możliwości zastosowania na szeroką skalę
Mikroreaktory przeznaczone do reakcji w fazie ciekłej – budowa, zasada działania, podstawy fizykochemiczne procesu detekcji, możliwości zastosowania na szeroką skalę
5) Metody formowania ogniw paliwowych i mikroreaktorów dwuwymiarowe 4 godz. Sitodruk – sposób przygotowania zawiesin ceramicznych, właściwości reologiczne zawiesin, technika wydruku, rodzaje sit, zalety i wady sitodruku;
LIGA – podstawy fizykochemiczne procesu, ograniczenia metody LIGA, możliwości aplikacyjne, aparatura;
Micromachining – sposób przygotowania procesu, jego podstawowe etapy, możliwości aplikacyjne;
Litografia – historia litografii, współczesne zastosowanie,
Fotolitografia – rodzaje fotolitografii, sposób realizacji procesu, techniki otrzymywania masek fotolitograficznych
6) Metody formowania ogniw paliwowych i mikroreaktorów trzywymiarowe 6 godz. Stereolitografia – podstawy fizykochemiczne procesu, sposoby realizacji, aparatura zalety i wady; Selective Laser Sintering (SLS) – podstawy fizykochemiczne procesu, sposoby realizacji, aparatura zalety i wady;
Laser Enginered Net Shaping (LENS) – podstawy fizykochemiczne procesu, sposoby realizacji, aparatura zalety i wady;
Laminated Object Manufacturing (LOM) – podstawy fizykochemiczne procesu, sposoby realizacji, aparatura zalety i wady;
Fused Deposition Modeling (FDM) – podstawy fizykochemiczne procesu, sposoby realizacji, aparatura zalety i wady;
Solid Ground Curing (SGC) – podstawy fizykochemiczne procesu, sposoby realizacji, aparatura zalety i wady;
3D printing – podstawy fizykochemiczne procesu, sposoby realizacji, aparatura zalety i wady;
7) Żywice światłoutwardzalne używane do technik Rapid Prototyping. 2 godz. Charakterystyka reologiczna tych żywic oraz ich skład, rodzaje żywic, procedura otrzymywania past ceramicznych na bazie tych żywic, podstawy fotopolimeryzacji
8) Układy elektroniczne otrzymywane metodami zaawansowanego formowania 2 godz. Charakterystyka materiałów ceramicznych używanych w elektronice, budowa układów elektronicznych oraz sposoby ich formowania, możliwości zastosowania przestrzennego formowania do projektowania układów w elektronice
9) Podsumowanie materiału wykładów. 2 godz.

Laboratory classes:

Przedmiot ma na celu zaznajomienie studentów ze współczesnymi nanomateriałami i nanotechnologiami. Porusza zagadnienia związane z mikrotechnologią chemiczną oraz przedstawia techniki formowania mikro urządzeń. Program przedmiotu został tak ułożony, że w pierwszej części została przedstawiona ogólna charakterystyka nanomateriałów ich synteza oraz możliwości zastosowania. Następnie przedstawiono fizykochemiczne zasady działania mikro i nano urządzeń takich jak: ogniwa paliwowe, mikroreaktory, detektory, sensory, mikromieszalniki. Następna część opiera się głównie na pokazaniu perepsektywicznych metod formowania tych urządzeń technikami 2D i 3D. Przedmiot kończy się podsumowaniem materiału wykładów.

Laboratorium: 90 godz. Tematy ćwiczeń laboratoryjnych;
1)Pomiary własności reologicznych nanopast ceramicznych
2)Charakterystyka mikrostrukturalna nanoproszków ceramicznych;
3)Drukowanie miko reaktorów ceramicznych metodą sitodrukową;
4)Otrzymywanie podłoży elektrodowych do ogniw paliwowych
5)Synteza nanokompozytów ziarnistych metodą SHS
6)Pomiary przewodnictwa cieplnego i rozszerzalności cieplnej uzyskanych polikryształów
7) Spiekanie metodą SPS polikrystalicznych materiałów o strukturze skuderytu
8) Badanie właściwości nanoproszków ceramicznych metodą XRD i SEM.

Seminar classes:

Zaznajomienie studentów z podstawowymi zagadnieniami związanymi z nano i mikrotechnologią chemiczną. Pokazanie zaawansowanych technik otrzymywania trzech typów nanomateriałów: ceramicznych, metalicznych i polimerowych. Przedstawienie przykładów zastosowania nanomatriałów w biotechnologii. Omówienie zastosowań mikrotechnologii materiałowej do otrzymywania mikroreaktorów chemicznych i fizycznych. Technikig formowania mikroreaktorów fizycznych i chemicznych. Sposoby formowania i zasady działania ogniw paliwowych.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 240 h
Module ECTS credits 9 ECTS
Examination or Final test 60 h
Contact hours 60 h
Realization of independently performed tasks 60 h
Preparation for classes 60 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

średnia ważona z oceny laboratorium seminarium i egzaminu

Prerequisites and additional requirements:

Pogłębiona wiedza na temat syntezy i właściwości nanomateriałów.

Recommended literature and teaching resources:

1)Neal Lane at all. “Springer Handbook Of Nanotechnology” Bharat Bhushan Ed. Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2004).
2)R. Pampuch, „Współczesne Materiały” Wyd. AGH, (2005).
3)V. Hessel, S. Hardt, H. Lowe, “Chemical Micro Process Engineering” WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (2004)
4)J.J. Lerou, M.P. Harold, J. Ryley, J. Ashmead, T.C. O’Brien, M. Johnson, J. Perrotto, C.T. Blaisdel, T.A. Rensi, J. Nyquist, “Microfabricated mini-chemical systems: technical feasibility in Microsystem Technology for Chemical and Biological Microreactors; Ed. W. Ehrefeld, DECHEMA Monographs, vol. 132, pp.51-69 Verlag Chemie, Weinheim (1996).

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None