Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Soft Matter Physics
Course of study:
2018/2019
Code:
JFT-2-013-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Technical Physics
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
dr hab. inż. Haberko Jakub (haberko@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Bernasik Andrzej (bernasik@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Haberko Jakub (haberko@fis.agh.edu.pl)
Module summary

Studenci poznają podstawowe zagadnienia dotyczące fizyki miękkiej materii: polimerów, koloidów, układów amfifilowych, pian oraz ciekłych kryształów.

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 Potrafi sformułować konkretną wypowiedź na pytania z obszaru fizyki miękkiej materii, a w szczególności potrafi wskazać, w jaki sposób opisuje ona zjawiska samoorganizacji dziejące się w miękkiej materii. FT2A_K02, FT2A_K01 Participation in a discussion,
Oral answer,
Examination,
Activity during classes
Skills
M_U001 Student posiada umiejętność samodzielnego opracowania zagadnienia z obszaru fizyki miękkiej materii, a następnie przedstawienia go w formie wypowiedzi ustnej, ewentualnie wspomaganej multimediami. FT2A_U01 Presentation
M_U002 Ma umiejętność sformułowania fizycznych podstaw zjawisk i procesów zachodzących w miękkiej materii, poprzez wskazanie praw i zasad nimi rządzących i decydujących o ich przebiegu. FT2A_U01 Participation in a discussion,
Examination,
Activity during classes
M_U003 Potrafi przeprowadzić proste obliczenia ilustrujące podstawowe procesy i zjawiska fizyki polimerów, koloidów i układów amfifilowych. FT2A_U02, FT2A_U03 Oral answer,
Test,
Activity during classes
Knowledge
M_W001 Ma ogólną wiedzę o zakresie fizyki miękkiej materii i jej znaczeniu dla współczesnej fizyki i innych nauk przyrodniczych FT2A_W01 Participation in a discussion,
Examination,
Activity during classes
M_W002 Rozumie podstawowe mechanizmy fizyczne procesów samoorganizacji zachodzących w materii miękkiej, oraz ich znaczenie dla formowania się bardzo złożonych układów, w tym również biologicznych FT2A_W01, FT2A_W05, FT2A_W02 Participation in a discussion,
Examination,
Activity during classes
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 Potrafi sformułować konkretną wypowiedź na pytania z obszaru fizyki miękkiej materii, a w szczególności potrafi wskazać, w jaki sposób opisuje ona zjawiska samoorganizacji dziejące się w miękkiej materii. + - - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student posiada umiejętność samodzielnego opracowania zagadnienia z obszaru fizyki miękkiej materii, a następnie przedstawienia go w formie wypowiedzi ustnej, ewentualnie wspomaganej multimediami. - - - - - + - - - - -
M_U002 Ma umiejętność sformułowania fizycznych podstaw zjawisk i procesów zachodzących w miękkiej materii, poprzez wskazanie praw i zasad nimi rządzących i decydujących o ich przebiegu. + - - - - - - - - - -
M_U003 Potrafi przeprowadzić proste obliczenia ilustrujące podstawowe procesy i zjawiska fizyki polimerów, koloidów i układów amfifilowych. - + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Ma ogólną wiedzę o zakresie fizyki miękkiej materii i jej znaczeniu dla współczesnej fizyki i innych nauk przyrodniczych + - - - - + - - - - -
M_W002 Rozumie podstawowe mechanizmy fizyczne procesów samoorganizacji zachodzących w materii miękkiej, oraz ich znaczenie dla formowania się bardzo złożonych układów, w tym również biologicznych + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:

1. Cechy charakterystyczne materii miękkiej – 3 godz.
2. Podstawowe zjawiska powierzchniowe: zwilżanie, kapilarność – 3 godz.
3. Geometria fraktalna, model perkolacji – 2 godz.
4. Właściwości roztworów polimerów; kształt makrocząsteczki w roztworze – model kłębka przypadkowego – 2 godz.
5. Termiczne i mechaniczne właściwości polimerów, sprężystość entropowa, przejście szkliste – 3 godz.
6. Elementy reologii polimerów: krzywa płynięcia; parametry reologiczne; lepkosprężystość polimerów – 2 godz.
7. Ogólna charakterystyka koloidów; oddziaływania cząstek koloidalnych, elektrostatyczne oddziaływanie podwójnych warstw, efekty elektrokinetyczne – 3 godz.
8. Struktura i własności piany – 2 godz.
9. Ogólna charakterystyka substancji amfifilowych; monowarstwy surfaktantów i warstwy Langmuira-Blodgett, micelizacja, membrany i podwójne warstwy amfifilowe (lipidy) – 3 godz.
10. Elementy fizyki ciekłych kryształów. Mezofazy (CK, kryształy plastyczne, kryształy condis). Tekstury molekularne. Optyczne własności. Anizotropia diamagnetyczna i dielektryczna. Anizotropia lepkości. Wybrane zastosowania – 3 godz.
11. Samoorganizacja supramolekularna: w układach kopolimerów blokowych, w układach amfifilowych i w mikroemulsjach, w świecie biocząsteczek – 4 godz.

Auditorium classes:

1. Obliczenia dotyczące kształtu makrocząsteczki w roztworze za pomocą modelu kłębka przypadkowego.
2. Obliczenia dotyczące pojęć związanych z funkcjami rozkładu mas cząsteczkowych polimerów.
3. Obliczenia dotyczące własności mechanicznych polimerów z wykorzystaniem modeli płynów lepkosprężystych.
4. Obliczenia dotyczące krystalizacji i topnienia polimerów.
5. Rozpraszanie niskokątowe neutronów i promieniowania X – obliczenia struktury polimerów na podstawie danych pomiarowych.
6. Obliczenia szybkości sedymentacji cząstek koloidalnych.
7. Stabilizacja zawiesin koloidalnych ładunkiem elektrycznym oraz stabilizacja steryczna – obliczenia krytycznego stężenia koagulacji oraz długości Debye’a.

Seminar classes:

W trakcie zajęć seminaryjnych studenci samodzielnie opracowują współczesne zagadnienia (o charakterze praktycznym, inzynierskim) z obszaru fizyki miękkiej materii i przedstawiają je w formie krótkiej prezentacji. Zagadnienia te są sugerowane przez prowadzącego zajęcia, bądź mogą zostać zaproponowane przez studenta i zaakceptowane przez prowadzącego.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 116 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Realization of independently performed tasks 40 h
Examination or Final test 1 h
Participation in auditorium classes 15 h
Participation in conversation seminars 10 h
Participation in lectures 30 h
Preparation for classes 5 h
Participation in seminar classes 15 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa jest równa ocenie z egzaminu. Konieczne jest zaliczenie ćwiczeń audytoryjnych oraz zajęć seminaryjnych na ocenę pozytywną. Nieusprawiedliwione nieobecności na zajęciach seminaryjnych oraz audytoryjnych wymagają odrobienia w formie i terminie ustalonych przez prowadzących je wykładowców.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstawowych zagadnień fizyki ciała stałego.

Recommended literature and teaching resources:

1. Nanotechnologie, red. R.W.Kelsall i in., PWN 2008
2. Fizykochemia powierzchni, E.T.Dutkiewicz, WNT 1998
3. I.W. Hamley, Introduction to Soft Matter: Polymers, Colloids, Amphiphiles and Liquid Crystals, Wiley 2000.
4. Richard A.L. Jones, Soft Condensed Matter, http://www.shef.ac.uk/physics/people/rjones/PDFs/.
5. M. Daoud and C.E. Williams (eds.), Soft Matter Physics, Springer 1999.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:
  1. Justyna Jaczewska, Andrzej Budkowski, Andrzej Bernasik, Jakub Haberko, Jakub Rysz Ordering domains of spin cast blends of conjugated and dielectric polymers on surfaces patterned by soft- and photo-lithography, Soft Matter 5, 234–241 (2009)
  2. J. Haberko, A. Bernasik, W. Łużny, J. Raczkowska, J. Rysz, A. Budkowki Dendrites and pillars in spin cast blends of polyaniline or its oligomeric analogue, Synthetic Metals 160(23–24), 2459–2466 (2010)
  3. Jakub Haberko, Andrzej Bernasik, Wojciech Łużny, Magdalena Hasik, Joanna Raczkowska, Jakub Rysz, Andrzej Budkowski Humidity and wetting effects in spin-cast blends of insulating polymers and conducting polyaniline doped with DBSA, Journal of Applied Polymer Science 127(3) 2354–2361 (2013)
  4. Frank Scheffold, James N. Wilking, Jakub Haberko, Frédéric Cardinaux, Thomas G. Mason The jamming elasticity of emulsions stabilized by ionic surfactants, Soft Matter 10(28) 5040–5044 (2014)
  5. Jakub Haberko, Mateusz M. Marzec, Andrzej Bernasik, Wojciech Łużny, Pierre Lienhard, Alexandre Pereira, Jérôme Faure-Vincent, David Djurado, Amélie Revaux XPS depth profiling of organic photodetectors with the gas cluster ion beam, Journal of Vacuum Science & Technology B vol. 34(3), 03H119-1–03H119-5 (2016)
  6. Andrzej Bernasik, Jakub Haberko, Mateusz M. Marzec, Jakub Rysz, Wojciech ŁUŻNY, Andrzej Budkowski Chemical stability of polymers under argon gas cluster ion beam and x-ray irradiation, Journal of Vacuum Science & Technology B 34(3), 030604-1–030604-5 (2016)
Additional information:

Pojedyncza nieusprawiedliwiona nieobecność na zajęciach seminaryjnych lub audytoryjnych wymaga przerobienia omawianego materiału we własnym zakresie. W przypadku większej liczby nieobecności prowadzący ustala formę i termin zaliczenia takich zajęć, jednak nie później niż do ostatniego dnia zajęć w danym semestrze. Więcej niż jedna nieusprawiedliwiona nieobecność na zajęciach audytoryjnych lub seminarium może skutkować brakiem zaliczenia tych zajęć.