Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Nanomaterials and nanotechnology
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RIME-2-217-WM-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Wytwarzanie mechatroniczne
Kierunek:
Inżynieria Mechatroniczna
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Angielski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr Kryshtal Oleksandr (kryshtal@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

This is an introductory course which covers the fundamental topics of nano- physics and engineering and provides the foundation for understanding the properties and behavior of materials at nanoscale.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Knows the key methods of synthesis and characterization of nanomaterials. Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach,
Egzamin
M_W002 Has essential scientific background for understanding the properties and behavior of materials with reduced dimensions. Aktywność na zajęciach,
Egzamin
M_W003 Has understanding of several size effects in nanomaterials Prezentacja,
Aktywność na zajęciach,
Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student can critically assess the promise of nanomaterials. Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach,
Egzamin
M_U002 Has practical skills in conducting the entire cycle of scientific experiment: from fabrication of nanostructures to their characterization. Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
56 28 0 16 0 0 12 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Knows the key methods of synthesis and characterization of nanomaterials. + - + - - - - - - - -
M_W002 Has essential scientific background for understanding the properties and behavior of materials with reduced dimensions. + - + - - + - - - - -
M_W003 Has understanding of several size effects in nanomaterials + - + - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student can critically assess the promise of nanomaterials. - - + - - - - - - - -
M_U002 Has practical skills in conducting the entire cycle of scientific experiment: from fabrication of nanostructures to their characterization. - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 150 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 godz
Przygotowanie do zajęć 34 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 33 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):

Highly interdisciplinary field of nanoscience and nanotechnology are among the fastest growing areas of modern science. At nanometer length scale all properties of materials (mechanical, thermal, electrical, magnetic, optical, catalytic, etc.) drastically differ from the macroscopic ones and new physical phenomena are observed. This is a key feature of all nanomaterials which enables to design of principally new materials and devices with unique features.
This is an introductory course which covers the fundamental topics of nano- physics and engineering and provides the foundation for understanding the properties and behavior of materials at nanosized scale. It introduces major methods of synthesis and characterization of nanomaterials as well as discusses the effect of size on selected properties of materials with reduced dimensions. The course includes laboratory practice with hands-on experience on synthesis and characterization of nanomaterials and interpretation of data, to consolidate the knowledge acquired during lections.

Lecture topics:

  1. Nanomaterials and Nanotechnology: the state of the art and the challenges
  2. Classes of nanomaterials
  3. Carbon-based Nanomaterials: Nanotubes, Graphene, Fullerenes
  4. Synthesis of Nanostructures
  5. Characterization of Nanomaterials
  6. Size Effects and Physical Properties of Nanomaterials

Ćwiczenia laboratoryjne (16h):

  1. Methods of physical vapor deposition of thin films.
  2. Basic techniques and operation of scanning electron microscope.
  3. Measurement of contact angles in island films.
  4. Determination of particle size distribution.

Zajęcia seminaryjne (12h):

  1. Techniques for Fabrication of Nanostructures.
  2. Effect of Scale on the Properties of Nanomaterials.
  3. Phase transformations in binary nanosystems.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
  • Zajęcia seminaryjne: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
  • Zajęcia seminaryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Open-book final examination (50%) + three seminars (8% each) + group project (26%).

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Basic knowledge of solid state physics, materials science and thermodynamics.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:
  1. R. W. Cahn, P. Haasen, E. J. Kramer, Materials Science and Technology: a comprehensive treatment, VCH, New York, 1992.
  2. G. Cao, Y. Wang, Nanostructures and nanomaterials: Synthesis properties and applications (2nd ed.) World Scientific, Singapore, 2011.
  3. F. C. Campbell, Phase Diagrams: Understanding the Basics, ASM International, 2012.
  4. D. L. Schodek, P. Ferreira, M. F. Ashby, Nanomaterials, Nanotechnologies and Design: An Introduction for Engineers and Architects, Butterworth-Heinemann, 2009.
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. A. P. Kryshtal, A. A. Minenkov, P. J. Ferreira – Interfacial Kinetics in Nanosized Au/Ge Films: an in Situ TEM study, Applied Surface Science, 409(2017)343-349;
2. F. Mao, M. Taher, O. Kryshtal, A. Kruk, A. Czyrska-Filemonowicz, M. Ottosson, A.M. Andersson, U. Wiklund, U. Jansson – A combinatorial study of gradient Ag-Al thin films: microstructure, phase formation, mechanical and electrical properties, ACS Applied Materials & Interfaces, 8(44)(2016)330635-330643
3. K. Zawadzka, E. Godlewska, K. Mars, M. Nocuń, A. Kryshtal, A. CzyrskaFilemonowicz – Enhancement of oxidation resistance of CoSb3 thermoelectric material by glass coating, Materials Design, 119(2017)65-75;
4. S. Dukarov, A. Kryshtal and V. Sukhov, “Surface energy and wetting in island films” in M. Aliofkhazraei ed. Surface Energy and Wetting (DOI: 10.5772/60900), InTech, 2015. http://www.intechopen.com/books/wetting-and-wettability/surface-energy-and-wetting-in-island-films
5. N. O. Mchedlov-Petrossyan, N. N. Kamneva, E. Ōsawa, A. I. Marinin, S. T. Goga, V. V. Tkachenko, A. P. Kryshtal, Colloidal Solution of 3 nm Bucky Diamond: Primary Particles of Detonation Nanodiamond // Physics of Liquid Matter: Modern Problems, Editors L. Bulavin and N. Lebovka, Springer Proceedings in Physics, 2015, 374p.
6. E.V. Popova, S.A. Gamzaeva, А.I. Krivoshey, A.P. Kryshtal, A.P. Fedoryako, M.F. Prodanov, M.A. Kolosov and V.V. Vashchenko, “Dielectric properties of magnetic nanoparticles’ suspension in a ferroelectric liquid crystal”, Liquid Crystals, 42, 334-343 (2015)
7. A.P. Kryshtal, S.I. Bogatyrenko, R.V. Sukhov, A.A. Minenkov, “The Kinetics of the Formation of a Solid Solution in an Ag-Pd Polycrystalline Film System”, Applied Physics A, 116, 4, 1891-1896 (2014)
8. A.P. Kryshtal, “Formation of Island Arrays by Melting of Bi, Pb and Sn Continuous Films on Si Substrate”, Appl. Surf. Sci. 321, 548–553 (2014)
9. A.A. Minenkov, S.I. Bogatyrenko, R.V. Sukhov, A.P. Kryshtal, “Size Dependence of the Activation Energy of Diffusion in Multilayer Cu-Ni Films”, Physics of the Solid State, 56, 823-826 (2014)
10. M.F. Prodanov, N.V. Pogorelov, A.P. Kryshtal, A.S. Klymchenko, Y. Mely, V.P. Semynozhenko, A.I. Krivoshey, Y.A. Reznikov, S.N. Yarmolenko, I.W. Goodby, V.V. Vashchenko, “Thermodynamically Stable Dispersions of Quantum Dots in a Nematic Liquid Crystal”, Langmuir 29 (30), 9301 (2013)
11. A.P. Kryshtal, R.V. Sukhov, A.A. Minenkov, “Critical Thickness of Contact Melting in the Au/Ge Layered Film System”, Journal of Alloys and Compounds, 512, 311– 315, (2012)
12. N.T. Gladkikh, S.I. Bogatyrenko, O.P. Kryshtal, R. Anton, “Melting Point Lowering of Thin Metal Films (Me = In, Sn, Bi, Pb) in Al/Me/Al Film System”, Applied Surface Science, 219, 338–346 (2003)

Informacje dodatkowe:

Brak