Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Nanokompozyty polimerowo-węglowe
Course of study:
2018/2019
Code:
CTC-1-034-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Chemical Technology
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Frączek-Szczypta Aneta (afraczek@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Frączek-Szczypta Aneta (afraczek@agh.edu.pl)
dr inż. Gubernat Maciej (guma@agh.edu.pl)
Module summary

Celem prowadzonych zajęć w ramach przedmiotu będzie przybliżenie studentom tematyki związanej z otrzymywaniem nanokompozytów polimerowych modyfikowanych różnymi rodzajami nanocząstek węglowych.

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 Student potrafi przekazać informacje dotyczące otrzymywania i zastosowania nanokompozytów polimerowo-węglowych w sposób powszechnie zrozumiały. TC1A_K06, TC1A_K03, TC1A_K01 Presentation
Skills
M_U001 potrafi scharakteryzować podstawowe etapy otrzymywania nanokompozytów polimerowo-węglowych TC1A_U08, TC1A_U07 Project
M_U002 potrafi otrzymać nanokompozyty polimerowo-węglowe metodą wtrysku, ekstruzji, sieciowania i rozpuszczalnikową TC1A_U05, TC1A_U16, TC1A_U07 Execution of laboratory classes
Knowledge
M_W001 posiada podstawową wiedzę dotyczącą otrzymywania nanomateriałów węglowych zna sposoby wytwarzania nanokompozytów węglowo-polimerowych oraz metody oceny ich właściwości TC1A_W07 Test
M_W002 posiada wiedzę na temat wykorzystania nanokompozytów polimerowo-węglowych w różnych dziedzinach nauki i przemysłu TC1A_W14 Presentation
M_W003 potrafi wykonać badania mechaniczne, elektryczne i cieplne wybranych nanokompozytów węglowo-polimerowych TC1A_W07 Execution of laboratory 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 Student potrafi przekazać informacje dotyczące otrzymywania i zastosowania nanokompozytów polimerowo-węglowych w sposób powszechnie zrozumiały. - - - - - + - - - - -
Skills
M_U001 potrafi scharakteryzować podstawowe etapy otrzymywania nanokompozytów polimerowo-węglowych - - - - - + - - - - -
M_U002 potrafi otrzymać nanokompozyty polimerowo-węglowe metodą wtrysku, ekstruzji, sieciowania i rozpuszczalnikową - - - - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 posiada podstawową wiedzę dotyczącą otrzymywania nanomateriałów węglowych zna sposoby wytwarzania nanokompozytów węglowo-polimerowych oraz metody oceny ich właściwości - - - - - + - - - - -
M_W002 posiada wiedzę na temat wykorzystania nanokompozytów polimerowo-węglowych w różnych dziedzinach nauki i przemysłu - - - - - + - - - - -
M_W003 potrafi wykonać badania mechaniczne, elektryczne i cieplne wybranych nanokompozytów węglowo-polimerowych - - - - - + - - - - -
Module content
Seminar classes:

Celem prowadzonych zajęć w ramach przedmiotu Nanokompozyty polimerowo-węglowe będzie przybliżenie studentom tematyki związanej z otrzymywaniem nanokompozytów polimerowych modyfikowanych różnymi rodzajami nanocząstek węglowych. Nanomateriały węglowe jak nanorurki węglowe, grafen i jego pochodne, fulereny czy inne postacie nanoform węgla jak nanometryczna sadza budzą zainteresowanie rożnych gałęzi przemysłu jak przemysł elektroniczny, konstrukcyjny czy biomedyczny. Zainteresowanie to wynika z nietypowych właściwości nanoform węgla jak wysokie przewodnictwo elektryczne, cieplne, wysoka wytrzymałość i sztywność tych materiałów przy jednoczesnej niskiej gęstości i odporności na kruche pękanie. Nieograniczone możliwości zastosowania wynikają również z różnorodności występujących nanoform węgla, ich stopnia czystości, zdefektowania, kształtu oraz możliwości funkcjonalizacji chemicznej ich powierzchni. Jednym z obszarów zastosowania nanoform węgla jest otrzymywanie nanokompozytów polimerowych cechujących się wysoką wytrzymałością przy jednocześnie niskiej masie, wysokim przewodnictwem elektrycznym oraz wysokim przewodnictwie cieplnym. W trakcie zajęć studenci zapoznają się z metodami syntezy nanomateriałów węglowych, jak również w części praktycznej otrzymywać będą nanorurki węglowe oraz grafen i przeprowadzać ich charakterystykę. W następnej kolejności, studenci zapoznają się z rodzajami polimerów i sposobami wprowadzania i dyspersji nanocząstek węglowych w ich objętości w celu otrzymywania nanokompozytów o odpowiednich właściwościach. Podczas zajęć praktycznych otrzymywać będą nanokompozyty polimerowo – węglowe metodami wtrysku, metodą rozpuszczalnikową oraz metodą sieciowania chemicznego i termicznego w zależności od rodzaju polimeru, a także przeprowadzą ocenę właściwości elektrycznych, mechanicznych i cieplnych uzyskanych nanokompozytów. Etapem końcowym prowadzonych zajęć będzie przygotowanie sprawozdań z przeprowadzonych badań oraz dyskusja uzyskanych wyników bazując na wiedzy teoretycznej i praktycznej nabytej podczas zajęć.

Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykłady:
1. Nanorurki węglowe – rodzaje, metody otrzymywania, właściwości, zastosowanie
2. Grafen i jego pochodne – rodzaje, metody otrzymywania, właściwości, zastosowanie
3. Nanokompozyty polimerowe kontra kompozyty polimerowe
4. Otrzymywanie nanokompozytów polimerowo-węglowych
5. Podstawowe właściwości nanokompozytów polimerowo-węglowych i metody ich oceny
6. Zastosowanie nanokompozytów polimerowo-węglowych w lotnictwie
7. Zastosowanie nanokompozytów polimerowo-węglowych w magazynowaniu i konwersji energii
8. Zastosowanie nanokompozytów polimerowo-węglowych w medycynie
Część praktyczna:
1. Synteza nanomateriałów węglowych metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej
2. Otrzymywanie nanokompozytów polimerowo-węglowych metodą ekstruzji i wtrysku
3. Otrzymywanie nanokompozytów polimerowo-węglowych metodą rozpuszczalnikową
4. Otrzymywanie nanokompozytów polimerowo-węglowych metodą sieciowania chemicznego i termicznego
5. Badanie właściwości elektrycznych, mechanicznych i cieplnych uzyskanych nanokompozytów
6. Prezentacje oraz dyskusja uzyskanych wyników

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 57 h
Module ECTS credits 2 ECTS
Examination or Final test 2 h
Preparation for classes 10 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 5 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Participation in practical classes 15 h
Participation in seminar classes 15 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa = (50% prezentacja i sprawozdanie z wyników badań + 50% oceny z zaliczenia pisemnego)

Prerequisites and additional requirements:

1. Wykonanie ćwiczeń z części praktycznej.
2. Opracowanie w formie sprawozdania przez każdego studenta wyników badań z części praktycznej.
3. Aktywność na zajęciach.
4. Kolokwium zaliczeniowe

Recommended literature and teaching resources:

1. Andrzej Huczko, Magdalena Kurcz, Magdalena Popławska, Nanorurki węglowe : otrzymywanie, charakterystyka, zastosowania, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, 2015
2. Andrzej Huczko, Agnieszka Dąbrowska, Magdalena Kurcz, Grafen : otrzymywanie, charakterystyka, zastosowania, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, 2018
3. K. Tanaka, S. Iilima, Carbon nanotubes and graphene, Elsevier, cop. 2014.
4. James E. Morris, Kris Iniewski, Graphene, carbon nanotubes, and nanostructures : techniques and applications. CRC Press/Taylor & Francis Group, cop. 2013
5. Yiu-Wing Mai and Zhong-Zen Yu, Polymer nanocomposites. CRC Press ; Cambridge : Woodhead Publishing, 2006.
6. Nadia Grossiord, Marie Claire Hermant, Cor Koning. Polymer Carbon Nanotube Composites: The Polymer Latex Concept, Pan Stanford Publishing PTe.Lte. 2012
7. Prithu Mukhopadhyay, Rakesh K. Gupta, Graphite, graphene, and their polymer nanocomposites, CRC Press/Taylor & Francis Group, cop. 2013
8. Brian P. Grady, Carbon nanotube-polymer composites : manufacture, properties and applications. Hoboken : John Wiley & Sons, Inc., Publication, cop. 2011
9. A. S. Paipetis, V. Kostopoulos, Carbon nanotube enhanced aerospace composite materials : a new generation of multifunctional hybrid structural composites. Springer Science+Busines Media, cop. 2013

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

1. A. Frączek-Szczypta, M. Bogun, S. Błażewicz, Carbon fibers modified with carbon nanotubes. Journal of Materials Science 44(2009) 4721–4727.
2. M. Zambrzycki, A. Frączek-Szczypta, Conductive hybrid polymer composites based on recycled carbon fibres and carbon nanofillers. Journal of Materials Science 53 (2018) 7403–7416.
3. L. Bačákova, L. Grausová, J. Vacík, V. Lavrentiev, S. Błażewicz, A. Frączek, A. Kromka, K. Haenen, Adhesion and growth of human osteoblast-like cell in cultures on nanocomposite carbon-based materials. Nanoscience and Nanotechnology Letters ; ISSN 1941-4900. — 2011 vol. 3 no. 1 spec. iss. on Advanced carbon nanostructures, s. 99–109.
4. A. Frączek-Szczypta, Carbon nanomaterials for nerve tissue stimulation and regeneration. Materials Science and Engineering. C, Biomimetic Materials, Sensors and Systems 34 (2014) 35–49.
5. M. Gubernat, A. Frączek-Szczypta, J. Tomala, S. Błażewicz, Catalytic effect of montmorillonite nanoparticles on thermal decomposition of coal tar pitch to carbon. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis (Print) 130 (2018) 90–98.
6. M. Gubernat, J. Tomala, W. Frohs, A. Frączek-Szczypta, S. Błażewicz, De-agglomeration and homogenisation of nanoparticles in coal tar pitch-based carbon materials, Journal of Nanoparticle Research : an Interdisciplinary Forum for Nanoscale Science and Technology 18 (2016) 56-1–56-13.
7. T. Mikołajczyk, G. Szparaga, M. Bogun, A. Frączek-Szczypta, S. Błażewicz, Effect of spinning conditions on the mechanical properties of polyacrylonitrile fibres modified with carbon nanotubes. Journal of Applied Polymer Science 115 (2010) 3628–3635.
8. M. Zambrzycki, J. Tomala, A. Frączek-Szczypta, Electrical and mechanical properties of granular-fibrous carbon-carbon composites with recycled carbon fibers. Ceramics International 44 (2018) 19282–19289.
9. L. Stankova, A. Frączek-Szczypta, M. Błażewicz, E. Filova, S. Błażewicz, V. Lisa, L. Bacakova, Human osteoblast-like MG 63 cells on polysulfone modified with carbon nanotubes or carbon nanohorns, Carbon 67 (2014) 578–591.
10. T. Mikołajczyk, G. Szparaga, S. Rabiej, A. Frączek-Szczypta, Influence of formation conditions on the structure and properties of nanocomposite PAN fibres containing silver and hydroxyapatite nanoadditives, Fibres & Textiles in Eastern Europe 18 (2010) 16–23.
11. A. Frączek-Szczypta, S. Błażewicz, Manufacturing and physico-mechanical characterization of carbon nanohorns/polyacrylonitrile nanocomposites. Journal of Materials Science 46 (2011) 5688–5689.
12. E. Stodolak-Zych, A. Frączek-Szczypta, A. Wiecheć, M. Błażewicz, Nanocomposite polymer scaffolds for bone tissue regeneration, Acta Physica Polonica. A 121 (2012) 518–521.
13. K. Sokołowski, A. Frączek-Szczypta, J. Tomala, S. Błażewicz, Organosilicon resin-based carbon/ceramic polygranular composites with improved oxidation resistance, Korean Journal of Chemical Engineering 35 (2018) 1354–1364.
14. A. Frączek-Szczypta, M. Spisak, S. Błażewicz, Otrzymywanie nanorurek węglowych na podłożach metalicznych i kwarcowych metodą CVD, Przemysł Chemiczny 91 (2012) 1191–1198.
15. A. Wedel-Grzenda, A. Frączek-Szczypta, M. Terrones, A.L. Elías, M. Lekka, E. Menaszek, S. Błażewicz, Polysulphone composite membranes modified with two types of carbon additives as a potential material for bone tissue regeneration, Bulletin of Materials Science 40 (2017) 201–212.
16. M. Gubernat, T. Lis, J. Tomala, J. Kawala, A. Frączek-Szczypta, S. Błażewicz, Thermomechanical characterisation of coal tar pitch-based carbon containing SiC nanoparticles, Ceramics International 43 (2017) 8109–8118.
17. A. Frączek-Szczypta, S. Rabiej, G. Szparaga, E. Pabjańczyk-Wlazło, P. Król, M. Brzezińska, S. Błażewicz, M. Bogun, The structure and properties of the carbon non-wovens modified with bioactive nanoceramics for medical applications, Materials Science and Engineering. C 51 (2015) 336–345.
18. A. Wiecheć, E. Stodolak-Zych, A. Frączek-Szczypta, M. Błażewicz, W. M. Kwiatek, The study of human osteoblast-like MG 63 cells proliferation on resorbable polymer-based nanocomposites modified with ceramic and carbon nanoparticles, Acta Physica Polonica. A 121 (2012) 546–550.

Additional information:

None