Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fizykochemia nowych materiałów
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
STCH-1-604-s
Wydział:
Energetyki i Paliw
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Technologia Chemiczna
Semestr:
6
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. dr hab. Janik Jerzy (janikj@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł dotyczy szeroko pojętych metod badawczych nowoczesnych materiałów

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 Student posiada wiedzę na temat ważnych w technice nanokrystalicznych materiałów węglowych i nieorganicznych, a w szczególności zna: - źródła/przyczyny specyficznych właściwości nanomateriałów w odniesieniu do właściwości materiałów mikro- i monokrystalicznych; - typowe syntezy prekursorowe, wiodące do ważnych rodzajów nanomateriałów; - typowe metody analizy instrumentalnej stosowane w dziedzinie; - obszar istniejących i potencjalnych zastosowań nanomateriałów; - ważniejsze centra/kraje szczególnie aktywne w nanonauce. TCH1A_W03, TCH1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Prezentacja,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student poznaje logikę i układ typowego artykułu naukowego, publikowanego w języku angielskim z dziedziny nauk ścisłych (chemia, inżynieria materiałowa, ceramika) oraz potrafi go zrozumieć na poziomie identyfikacji celu badań, sposobu ich realizacji oraz meritum dyskusji wyników. Student potrafi przygotować ustną prezentację multimedialną (PowerPoint), korzystając z anglojęzycznych materiałów źródłowych (głównie publikacji naukowych oraz dostępnych zasobów internetowych). TCH1A_U06 Aktywność na zajęciach,
Prezentacja
M_U002 Student posiada umiejętność przeprowadzenia fragmentów syntezy aerozolowej oraz wykonania badań określonych właściwości fizykochemicznych uzyskanych nanomateriałów. TCH1A_U01 Aktywność na zajęciach,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Student potrafi wygłosić w grupie studenckiej przygotowaną przez siebie prezentację ustną (na ćwiczeniach seminaryjnych wygłasza dwa referaty) w ramach czasu na to przeznaczonego, a następnie brać udział w dyskusji, odpowiadać na pytania dotyczące prezentacji oraz ustosunkować się do krytycznej oceny swojego wystąpienia. Student potrafi zrealizować program ćwiczeń laboratoryjnych w małej grupie studenckiej. TCH1A_U07, TCH1A_U01, TCH1A_U06, TCH1A_U04 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Sprawozdanie,
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
65 25 0 15 0 0 25 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 Student posiada wiedzę na temat ważnych w technice nanokrystalicznych materiałów węglowych i nieorganicznych, a w szczególności zna: - źródła/przyczyny specyficznych właściwości nanomateriałów w odniesieniu do właściwości materiałów mikro- i monokrystalicznych; - typowe syntezy prekursorowe, wiodące do ważnych rodzajów nanomateriałów; - typowe metody analizy instrumentalnej stosowane w dziedzinie; - obszar istniejących i potencjalnych zastosowań nanomateriałów; - ważniejsze centra/kraje szczególnie aktywne w nanonauce. + - + - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student poznaje logikę i układ typowego artykułu naukowego, publikowanego w języku angielskim z dziedziny nauk ścisłych (chemia, inżynieria materiałowa, ceramika) oraz potrafi go zrozumieć na poziomie identyfikacji celu badań, sposobu ich realizacji oraz meritum dyskusji wyników. Student potrafi przygotować ustną prezentację multimedialną (PowerPoint), korzystając z anglojęzycznych materiałów źródłowych (głównie publikacji naukowych oraz dostępnych zasobów internetowych). + - - - - + - - - - -
M_U002 Student posiada umiejętność przeprowadzenia fragmentów syntezy aerozolowej oraz wykonania badań określonych właściwości fizykochemicznych uzyskanych nanomateriałów. + - + - - + - - - - -
M_U003 Student potrafi wygłosić w grupie studenckiej przygotowaną przez siebie prezentację ustną (na ćwiczeniach seminaryjnych wygłasza dwa referaty) w ramach czasu na to przeznaczonego, a następnie brać udział w dyskusji, odpowiadać na pytania dotyczące prezentacji oraz ustosunkować się do krytycznej oceny swojego wystąpienia. Student potrafi zrealizować program ćwiczeń laboratoryjnych w małej grupie studenckiej. - - + - - + - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 80 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 65 godz
Przygotowanie do zajęć 8 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 7 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (25h):

Wykład

1. Tradycyjne a niekonwencjonalne wytwarzanie materiałów.
2. Materiały nanometrowe w ceramice i elektronice.
3. Procesy osadzania cienkich warstw nieorganicznych z fazy gazowej CVD, PVD i MBE.
4. Pojęcia podstawowe z chemii prekursorów: rodzaje i trwałość wiązań chemicznych, addukty Lewisa, reakcje eliminacji-kondensacji, prekursory cząsteczkowe i polimerowe.
5. Synteza prekursorów III-V: addukty Lewisa, eliminacja wodoru, eliminacja węglowodoru, rozkład beta, dehalohydrogenacja, dehalosilylacja, dehydrosilylacja, wytrącanie się soli i reakcje podwójnej wymiany, transaminacja/deaminacja, inne ścieżki reakcyjne.
6. Doświadczalne warunki konwersji prekursorów do nanomateriałów proszkowych na przykładzie azotków pierwiastków grupy III i innych związków III-V: temperatura/ciśnienie, rodzaj atmosfery gazowej, stopień przemiany i rodzaje zanieczyszczeń.
7. Specyficzne formy materiałowe nanomateriałów III-V: nanorurki, nanopręciki/wiskersy, nanokulki, formy porowate.
8. Pozycja pierwiastka węgla w przyrodzie.
9. Diamenty naturalne i syntetyczne, ich właściwości i metody pozyskiwania oraz wytwarzania.
10. Grafit naturalny i jego uszlachetnianie. Grafity przemysłowe. Grafity i materiały węglowe czyste oraz specjalne.
11. Włókna węglowe: surowce oraz metody wytwarzania.
12. Materiały kompozytowe na bazie pierwiastka węgla ze szczególnym uwzględnieniem C/SiC, ich właściwości i zastosowanie.
13. Fullereny: otrzymywanie, właściwości i potencjalne zastosowanie.
14. Nanorurki węglowe: prekursory, procesy, charakterystyka.
15. Podstawowe chemiczne i instrumentalne metody charakterystyki prekursorów i materiałów („mokra” analiza chemiczna, metody spektroskopowe: XRD/EDS, XPS, NMR, FT-IR, PL, UV-vis; mikroskopia elektronowa: SEM, TEM; mikroskopia sił atomowych AFM; analiza termograwimetryczna TGA/DTA).
16. Problemy i przyszłość konwersji prekursorów chemicznych do użytecznych form materiałowych.

Zajęcia seminaryjne (25h):

Ćwiczenia seminaryjne

Każdy student opracowuje i przedstawia dwa referaty na podstawie dostarczonych artykułów naukowych w języku angielskim (dotyczą one, odpowiednio, syntezy nanomateriałów węglowych i nieorganicznych). W pierwszej fazie praca koncentruje się na przetłumaczeniu danego artykułu na język polski oraz na krytycznym przeglądzie jego treści, co prowadzić ma do zidentyfikowania zasadniczych tez naukowych tam zawartych. W drugim etapie, w oparciu o treść artykułu, student przygotowuje prezentację multimedialną (MS PowerPoint). Referat ilustrowany multimedialnie wygłaszany jest przed grupą studentów. W kolejnej fazie zajęć, studenci zachęcani są do zadawania pytań oraz do dyskusji nad treścią i formą prezentacji. Całość kończy się podsumowaniem przez prowadzącego zajęcia.

Ćwiczenia laboratoryjne (15h):

Ćwiczenia laboratoryyjne

1. Otrzymywanie kompozytowych nanoproszków typu C/SiC metodą aerozolową z wykorzystaniem monodyspersyjnego generatora aerozolu.
2. Otrzymywanie kompozytowych nanoproszków typu C/SiC metodą aerozolową z wykorzystaniem ultradźwiękowego polidyspersyjnego generatora aerozolu.
3. Jakościowa analiza wydzielania się gazowych produktów ubocznych syntezy aerozolowej nanoproszków C/SiC z wykorzystaniem spektroskopii w podczerwieni FT-IR.
4. Jakościowa analiza stałych produktów syntezy aerozolowej naoproszków C/SiC z wykorzystaniem spektroskopii w podczerwieni FTIR.
5. Oznaczanie zawartości węgla i składników nieorganicznych w stałych produktach syntezy aerozolowej nanoproszków C/SiC.

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.
  • 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.
  • 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.
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.
  • 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.
  • 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Podstawą oceny końcowej przedmiotu są w równej mierze oceny uzyskane na ćwiczeniach seminaryjnych oraz laboratoryjnych.
(i) Na ćwiczeniach seminaryjnych uzyskuje się ocenę średnią za dwie wygłoszone prezentacje ustne – referaty. Ocena każdej prezentacji uwzględnia z równą wagą następujące aspekty:
- opanowanie naukowego meritum/naukowej zawartości omawianej pracy badawczej,
- umiejętność spójnego przedstawienia celu badań, sposobu ich realizacji oraz dyskusji wyników,
- atrakcyjność graficzną/estetyczną prezentacji multimedialnej z uwzględnieniem autorskiego poszerzenia i wzbogacenia prezentacji o materiał dodatkowy,
- dodatkowo, w przypadku drugiej prezentacji uwzględnia się postęp w jej przedstawieniu w stosunku do prezentacji pierwszej.
Ostateczna ocena z ćwiczeń może być podwyższona w stosunku do średniej j/w dla studentów aktywnie uczestniczących w dyskusji.
(ii) Na ćwiczeniach laboratoryjnych uzyskuje się ocenę średnią z ocen za poszczególne ćwiczenia. Na ocenę z danego ćwiczenia składają się takie elementy jak:
- zadawalająca wiedza o sposobie wykonania (warunkuje dopuszczenie do ćwiczenia),
- wykonanie ćwiczenia,
- pozytywne zaliczenie materiału teoretycznego,
- złożenie sprawozdania końcowego.

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

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Studenci powinni posiadać konto internetowe (adres skrzynki internetowej), nieskrępowany i stały do niego dostęp oraz możliwość otwarcia i wydrukowania plików z rozszerzeniem .pdf (ogólnie dostępny program Acrobat Reader w wersji najnowszej). Konieczna jest też znajomość/umiejętność przygotowania w języku polskim prezentacji multimedialnej (PowerPoint) z wykorzystaniem materiału, zawartego w dostarczonym artykule naukowym oraz dodatkowym materiale, wyszukanym w dostępnych zasobach internetowych. Niezbędne jest też posiadanie pamięci przenośnej typu Flash (pen-drive) lub zewnętrznego dysku twardego. Do wypełnienia zadań przedmiotu potrzebna jest solidna znajomość języka angielskiego z elementami English in Science and Technology oraz opanowanie podstaw wiedzy głównie z zakresu chemii, podstaw technologii chemicznej i instrumentalnej analizy chemicznej.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. G. E. Coates: Związki metaloorganiczne; PWN, 1960.
2. A. J. Downs, ed.: Chemistry of aluminium, gallium, indium, and thallium; Blackie Academic & Professional, 1993.
3. L. A. Dobrzański: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo; WNT 2002.
4. A. Heczko: Fullereny; PWN, 2002.
5. R. Pampuch, S. Błażewicz, J. Chłopek, A. Górecki, W. Kuś: Nowe materiały węglowe w technice i medycynie; PWN, 1988.

Studenci korzystają na seminarium z dostarczonych im elektronicznie/internetowo kopii bieżących artykułów naukowych w języku angielskim z zakresu chemii prekursorów materiałowych/inżynierii materiałowej. Dodatkowo zaleca się im przeglądnięcie materiału z zaliczonego wcześniej przedmiotu „Analiza instrumentalna/Metody instrumentalne w chemii”. Ćwiczenia laboratoryjne wykonuje się w oparciu o wcześniej udostępnione konspekty ćwiczeniowe.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. M. Drygaś, J. F. Janik: „Modeling porosity of high surface area nanopowders of the gallium nitride GaN semiconductor”, Mater. Chem. Phys. 133(2-3) (2012), 932.

2. M. Drygas, M. M. Bucko, J. F. Janik: „Nitridation of bulk monocrystalline and powdered microcrystalline gallium arsenide towards cubic gallium nitride nanopowders”, Curr. Nanosci. 9(2) (2013), 173.

3. M. Drygas, J. F. Janik, L. Czepirski: „Adsorption properties of nanocrystalline/ nanoporous gallium nitride powders”, Curr. Nanosci. 9(3) (2013), 318.

4. M. Sitarz, C. Czosnek, P. Jeleń, M. Odziomek, Z. Olejniczak, M. Kozanecki, J. F. Janik: „SiOC glasses produced from silsesquioxanes by the aerosol-assisted vapor synthesis method”, Spectrochim. Acta A, 112 (2013), 440.

5. O. Łabędź, A. Huczko, J. Gawraczyński, H. Lange, Czosnek, J.  F. Janik: „Carbon arc plasma: characterization and synthesis of nanosized SiC”, J. Phys. Conf. Ser., 511 (2014), 012068-1–012068-6.

6. C. Czosnek, J. F. Janik: „Nanoproszkowy węglik krzemu oraz nanokompozyty węgiel/węglik krzemu otrzymywane metodą syntezy aerozolowej”, Przem. Chem., 93/12 (2014), 2020-2024.

7. M. Musiał, J.  F. Janik, W.  A. Żmuda: „Weryfikacja przydatności karbonizatu z odpadów gumowych w lakiernictwie”, Przem. Chem., 93/12 (2014), 2055.

8. C. Czosnek, M. M. Bucko, J. F. Janik, Z. Olejniczak, M. Bystrzejewski, O. Łabędź, A. Huczko: „Preparation of silicon carbide SiC-based nanopowders by the aerosol-assisted synthesis and the DC thermal plasma synthesis methods”, Mater. Res. Bull., 63 (2015), 164-172.

9. M. Drygas, J. F. Janik, M. M. Bucko, J. Gosk, A. Twardowski: „Structural and magnetic properties of GaN/Mn nanopowders prepared by an anaerobic synthesis route”, RSC Adv., 5 (2015), 37298.

10. M. Drygas, P. Jelen, M. M. Bucko, Z. Olejniczak, J. F. Janik: „Ammonolytical conversion of microcrystalline gallium antimonide GaSb to nanocrystalline gallium nitride GaN: thermodynamics vs. topochemistry”, RSC Adv. 5, (2015), 82576.

11. C. Czosnek, P. Baran, P. Grzywacz, P. Baran, J. F. Janik, A. Różycka, M. Sitarz, P. Jelen: „Generation of carbon nanostructures with diverse morphologies by the catalytic aerosol-assisted vapor-phase synthesis method”, C.R. Chimie, 18 (2015), 1198.

12. M. Drygaś, M. Sitarz, J. F. Janik: „Ammonolysis of gallium phosphide GaP to the nanocrystalline wide bandgap semiconductor gallium nitride GaN”, RSC Adv., 5 (2015), 106128.

13. J. B. Gosk, M. Drygaś, J. F. Janik, S. Gierlotka, B. Pałosz, A. Twardowski: „Magnetization of GaMnN nanopowders obtained by an anaerobic synthesis and high-pressure high-temperature sintering”, Acta Phys. Pol. A, 120 (2016), A-103.

14. M. Drygas, J. F. Janik, J. Gosk, S. Gierlotka, B. Palosz, A. Twardowski: „Structural and magnetic properties of ceramics prepared by high-pressure high-temperature sintering of manganese-doped gallium nitride nanopowders”, J. Eur. Ceram. Soc., 36 (2016), 1033.

15. M. Drygas, P. Jelen, M. Radecka, J. F. Janik: „Ammonolysis of polycrystalline and amorphized gallium arsenide GaAs to polytype-specific nanopowders of gallium nitride GaN”, RSC Adv., 6 (2016), 41074.

16. M. Drygas, J.F. Janik, M. Musial, J. Gosk, A. Twardowski: “Tuning the bimetallic amide-imide precursor system to make paramagnetic GaMnN nanopowders”, Mater. Chem. Phys., 180 (2016), 173.

17. M. Drygaś, M. M. Bućko, M. Musiał, J. F. Janik: “Convenient synthesis of nanocrystalline powders of phase-pure manganese nitride n-Mn3N2”, J. Mater. Sci., 51 (2016), 8177.

18. M. Musiał, J. Gosk, A. Twardowski, J. F. Janik, M. Drygaś: “Nanopowders of gallium nitride GaN surface functionalized with manganese”, J. Mater. Sci., 52 (2017), 145.

Informacje dodatkowe:

Brak