Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Zaawansowane Materiały Ceramiczne
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
CIMT-2-226-s
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Inżynieria Materiałowa
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. dr hab. inż. Kata Dariusz (kata@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Student zostaje zaznajomiony z zaawansowanymi technikami syntezy, spiekania i charakterystyki funkcjonalnej oraz strukturalnej tworzyw ceramicznych. Student zdobwya wiedzę w zakresie szeroko pojętej inżynierii materiałowej, ze szególnym uwzględnieniem technik stosowanych dla różnych gałęzi przemysłu, takich jak elektronika, energetyka, przemysł geotechniczny i motoryzacyjny. Zostaje zaznajomiony z nowoczesnymi osiągnięciami materiałoznawstwa z ostatnich dwóch dekad.

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 Ma wiedzę o aktualnych trendach rozwojowych inżynierii materiałowej i najistotniejszych nowych materiałach i technologiach materiałowych IMT2A_W03 Egzamin
M_W002 Ma poszerzoną wiedzę w zakresie metod badań właściwości materiałów IMT2A_W04 Prezentacja,
Kolokwium,
Egzamin
M_W003 Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu wykorzystania nanostruktur tworzyw polikrystalicznych i nanozawiesin w technologiach przemysłowych IMT2A_W03 Kolokwium,
Egzamin
M_W004 Ma poszerzoną wiedzę z zakresu projektowania materiałowego produktów o założonej strukturze i właściwościach użytkowych oraz modelowaniu procesów. IMT2A_W03 Kolokwium,
Egzamin
Umiejętności: potrafi
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 IMT2A_U01 Prezentacja,
Egzamin
M_U002 Potrafi zaplanować i przeprowadzić pomiary właściwości użytkowych materiałów oraz interpretować uzyskane wyniki IMT2A_U04 Sprawozdanie,
Egzamin
M_U003 Potrafi opracować i przedstawić ustnie rezultaty badań, w języku polskim lub w języku angielskim, stosując techniki wizualizacji komputerowej. IMT2A_U05 Sprawozdanie,
Referat
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 rozumie potrzebę dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych i społecznych IMT2A_K01 Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_K002 prawidłowo interpretuje i rozstrzyga problemy technologiczne IMT2A_K03 Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_K003 rozumie znaczenie wpływu inżynierii materiałowej na rozwój nowoczesnych technologii IMT2A_K03 Egzamin,
Aktywność na zajęciach
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
135 30 0 75 0 0 30 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 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. + - + - - + - - - - -
Umiejętności
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. - - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
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 - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 240 godz
Punkty ECTS za moduł 8 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 135 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 40 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 3 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):
Tematyka wykładów

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.

Ćwiczenia laboratoryjne (75h):
Tematy zajęć 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.

Zajęcia seminaryjne (30h):

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.
Przedmiot ma na celu zaznajomienie studentów ze współczesnymi zaawansowanymi materiałami ceramicznymi, w tym w skali nano. Porusza zagadnienia związane z mikrotechnologią chemiczną oraz przedstawia techniki formowania mikrourządzeń. Program przedmiotu został tak ułożony, że w pierwszej części została przedstawiona ogólna charakterystyka zaawansowanych materiałów cermiacznych, 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.

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:

Warunkiem zaliczenia modułu jest obowiązkowa obecność na wykladach oraz zaliczenie zajęć laboratoryjnych i seminaryjnych (wykonanie ćwiczeń, oddanie sprawozdania i zaliczenie kolokwium wstępnego przed każdym laboratorium, przedstawienie prezentacji). Warunkiem dopuszczenia do egazaminu jest uzyskanie pozytywnej oceny z zajęć laboratoryjnych i seminaryjnych.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – 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:

Ocena końcowa będzie średnią ważoną ocen z laboratorium, seminarium i egzaminu. Ocena końcowa = 0,4x ocena z egzaminu + 0,4 ocena z zajęć laboratoryjnych + 0,2 ocena z zajęć seminaryjnych

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

W przypadku nieobecności na zajęciach laboratoryjnych student musi napisać kolokwium wstępne z danego tematu i odrobić zajęcia w terminie dodatkowym podanym przez prowadzącego. Dopuszcza się tylko jedną nieobecność na laboratorium, którą. należy odrobić. Dopuszcza się dwie nieobecności na wykładach, które należy samodzielnie nadrobić poprzez naukę własną. W przypadku nieobecności na zajęciach seminaryjnych i niemożności przedstawienia prezentacji, student zobowiązany jest do napisania kolokwium z trzech wybranych prezentacji innych studentów przedstawionych na seminarium.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Pogłębiona wiedza na temat syntezy i właściwości nanomateriałów.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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).

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Dominika Madej, „Size-dependent hydration mechanism and kinetics for reactive MgO and Al2O3 powders with respect to the calcia-free hydraulic binder systems designed for refractory castables”, Journal of Materials Science, 2017 vol. 52 iss. 12, s. 7478–7590.
2. Dominika Madej, „Examination of dehydration and dehydroxylation of synthetic layered (oxy)hydroxides through thermal analysis (TG-DSC-EGA-MS) and a discussion to the second Pauling’s rule”, Inorganica Chimica Acta, 2018 vol. 482, s. 402–410.
3. Joanna Mastalska-Popławska, Matteo Pernechele, Tom Troczynski, Piotr Izak, “Thermal properties of silica-coated cellulose fibers for increased fire-resistance” , Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2017 vol. 83 iss. 3, s. 683–691.
4. Agata Stempkowska, Joanna Mastalska-Popławska, Piotr Izak, Longin Ogłaza, Magdalena Turkowska, “Stabilization of kaolin clay slurry with sodium silicate of different silicate moduli : note”, Applied Clay Science, 2017 vol. 146, s. 147–151.
5. Paweł Rutkowski, Jan Huebner, Dariusz Kata, Jerzy Lis, Adrian Graboś, Leszek Chlubny, “Laser initiated Ti3SiC2 powder and coating synthesis”, Ceramics International, 2018 vol. 44 is. 9, s. 10883–10890.
6. Dariusz Kata, “Zastosowanie azotku krzemu do otrzymywania tworzyw kowalencyjnych metodą samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS)”, Kraków : PTC, 2006 s. 166 s., (Polski Biuletyn Ceramiczny / Polskie Towarzystwo Ceramiczne ; vol. 94).
7. Jan Huebner, Dariusz Kata, Paweł Rutkowski, Paweł Petrzak, Jan Kusiński, “Grain-boundary interaction between Inconel 625 and WC during laser metal deposition”, Materials [Dokument elektroniczny]. 2018 vol. 11 is. 10 art. no. 1797, s. 1–12.
8. Jan Huebner, Dariusz Kata, Jan Kusiński, Paweł Rutkowski, Jerzy Lis, “Microstructure of laser cladded carbide reinforced Inconel 625 alloy for turbine blade application”, Ceramics International, 2017 vol. 43 is. 12, s. 8677–8684.
9. Maciej Woźniak, Thomas Graule, Yoram de Hazan, Dariusz Kata, Jerzy Lis, “Highly loaded UV curable nanosilica dispersions for rapid prototyping applications”, Journal of the European Ceramic Society, 2009 vol. 29 is. 11, s. 2259–2265.

Informacje dodatkowe:

Brak.