SYLABUS. Nazwa jednostki prowadzącej Wydział Matematyczno - Przyrodniczy Centrum Mikroelektroniki i Nanotechnologii

Transkrypt

1 SYLABUS Nazwa przedmiotu Nanotechnologie i nanoobiekty Nazwa jednostki prowadzącej Wydział Matematyczno - Przyrodniczy przedmiot Centrum Mikroelektroniki i Nanotechnologii Kod przedmiotu Studia Kierunek studiów Poziom kształcenia Forma studiów Inżynieria materiałowa studia pierwszego studia stacjonarne stopnia Rodzaj przedmiotu przedmiot specjalizacyjny Nanotechnologie i materiały nanokompozytowe Rok i semestr studiów III rok, semestr VI Imię i nazwisko koordynatora prof. dr hab. Eugeniusz Szeregij przedmiotu Imię i nazwisko osoby prowadzącej prof. dr hab. Eugeniusz Szeregij - wykład ( osób prowadzących) zajęcia z mgr Dariusz Płoch ćwiczenia laboratoryjne przedmiotu Cele zajęć z przedmiotu Celem wykładu jest zapoznanie studentów z ogólnymi zagadnieniami dotyczącymi nanotechnologii z przykładami nanoobiektów i nanostruktur, własnościami kwantowymi, jak również sposobami ich wytwarzania, charakteryzacji i ich zastosowaniem. Jednym z najważniejszych celów jest zapoznanie się studentów z narzędziami badawczymi stosowanymi w nanotechnologii, takimi jak mikroskopy sil atomowych (AFM), elektronowe mikroskopy skaningowe (SEM) i podstawy nanopreparatoryki tymi narzędziami, które stosowane będą w laboratoryjnej części kursu. Drugim ważnym celem jest przyswojenie przez studentów wiedzy w zakresie zastosowania nanomateriałów jako materiałów inżynierskich, co zawiera dwa aspekty: - materiały nano-kompozytowe w budowe maszyn, szczególnie w lotnictwie; - nano-struktury w elektronice (Nano-elektronice). Celem zajęć laboratoryjnych są umiejętności - korzystania z głównych narzędzi stosowanych w nanotechnologii: mikroskopy sil atomowych (AFM), elektronowe mikroskopy skaningowe (SEM) itp.; umiejętności wyboru nano-materiłów dla medycyny (implantów); umiejętności manualne z nanopreparatoryki. Wymagania wstępne Wiedza z przedmiotów: Chemia ogólna, Informatyka, Fizyka, Elektronika, Nauka o materiałach

2 Efekty kształcenia Wiedza: ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną w zakresie opisu podstawowych zjawisk fizycznych oraz rozumienia roli fizyki w różnych obszarach techniki i technologii IM_W02 ma elementarną wiedzę na temat zasad funkcjonowania i eksploatacji aparatury, urządzeń wykorzystujących metody technologii wytwarzania nanomateriałów IM_W11 zna podstawowe metody do rozwiązywania prostych zagadnień technicznych i badawczych IM_W12 Umiejętności: potrafi identyfikować problematykę fizyczną w procesach technologicznych IM_U09 potrafi wybrać i zastosować podstawowe techniki laboratoryjne do rozwiązywania prostych problemów o charakterze praktycznym IM_U16 Kompetencje społeczne: rozumie konieczność wzbogacania swojej wiedzy i umiejętności do zmian zachodzących w technice i technologii IM_K01 ma świadomość ważności i rozumie wpływ działalności w ramach inżynierii materiałowej w społeczeństwie IM_K10 Forma(y) zajęć, liczba realizowanych godzin Wykłady 30 godz. Ćwiczenia laboratoryjne 5 godz Treści programowe A. Problematyka wykładu Treści merytoryczne Wstęp historyczny, zasady mechaniki kwantowej. Atomy naturalne nanocząstki. Własności kwantowe atomów przejawiające się w widmach optycznych. Studnie kwantowe. Technologia MBE. Własności optyczne studni kwantowych. Hetero-struktury. Lasery bazujące na heterostrukturach. Druty kwantowe i ich własności elektro-fizyczne. Kropki kwantowe i ich własności optyczne. Nanoelektronika. Tranzystor jednoelektronowy. Elementy obwodów kwantowych. Wprowadzenie do mikro- i nanoprodukcji. Podstawowe techniki mikroprodukcji - litografia. Techniki wytwarzania systemów mikro-elektromechanicznych (Micro-Electro-Mechanical Systems MEMS). Techniki nanoprodukcji. Formowanie nanostrukturalnych materiałów w oparciu o reakcje chemiczne. Krótki przegląd reakcji i procesów zachodzących w środowisku naturalnym oraz możliwości chemii w tworzeniu sztucznych nanostruktur. Metody koloidalne. Wytwarzanie metodą koloidalną kropek kwantowych. Metody badawcze używane w nanotechnologii: Budowa wewnętrzna i morfologia mikroskopów sil atomowych (AFM), skaningowych Liczba godz

3 elektronowych (SEM), skaningowych z sondą (SPM), elektronowych transmisyjnych (TEM). Zasady działania i budowa AFM, SEM, SPM, TEM. Własności optyczne i magnetyczne nanocząstek i nanomateriałów (VSM, SQUID, MOKE). Luminescencja i fluorescencja. Wydajność luminescencji dla układów niskowymiarowych. Oznakowanie nanocząstek poprzez kropki kwantowe. Pamięć magnetyczna na bazie nanocząstek. Współczesne elementy pamięci. Spinotronika. Wykorzystanie macierzy nanocząstek metalicznych do badania własności bio-nanocząstek. Plazmony. Plazmowy Rezonans powierzchniowy. Powierzchniowo wzmocnione rozpraszanie Ramanowskie. Wykorzystanie 2 plazmonów w biotechnologii oraz dla produkcji Nano-materiałów dla medycyny. Podsumowanie. Społeczne znaczenie nanotechnologii 2 Suma godzin 30 B. Problematyka ćwiczeń laboratoryjnych Treści merytoryczne Przygotowanie próbek właściwości trymera próbek oraz jego przygotowanie do pracy (podstawowe składniki zestawu, jak używać mikroskop optyczny, jak zamocować próbkę, samodzielne przygotowanie zestawu próbek do sekcjonowania na ultramikrotomie. W tym przypadku zalecane jest wykorzystanie próbek polimerowych oraz próbek biologicznych, zatopionych w żywicy epoksydowej Przygotowywanie próbek samodzielne przygotowanie próbek z wykorzystaniem piły oraz zestawu folii polerujących (trzy szt. jedna w stanie po polerowaniu, druga do ultramikrotomu, trzecia do ścieniacza jonowego. Cięcie oraz polerowanie. Przygotowywanie próbek właściwości ultramikrotomu oraz jego przygotowanie do pracy (podstawowe składniki zestawu, jak używać mikroskop optyczny, jak zamocować próbkę, optymalny sposób ustawienia próbki względem ostrza noża. Samodzielne przygotowanie powierzchni próbki polimerowej wypolerowanej w TXP do obserwacji SEM, AFM, oraz wykonanie sekcjonowania próbki biologicznej w temperaturze pokojowej Przygotowywanie próbek - wykorzystanie ścieniacza jonowego, właściwości ścieniacza jonowego próbek oraz jego przygotowanie do pracy (podstawowe składniki zestawu, jak używać mikroskop optyczny, jak zamocować próbkę. Wykonanie próbki wypolerowanej w TXP. Badanie próbek wykorzystanie profilometru właściwości profilometru mechanicznego, obserwacja powierzchni, ocena chropowatości, niedostatki profilometru mechanicznego. Badanie próbek wykorzystanie profilometru - właściwości profilometru optycznego, obserwacja powierzchni, ocena chropowatości, niedostatki profilometru optycznego. Nanoszenie powłok - właściwości napylarki oraz jej przygotowanie do pracy (podstawowe składniki zestawu, jak używać mikroskop optyczny, jak Liczba godz.

4 zamocować próbkę, nanoszenie powłok węglowych oraz złotych. SEM obserwacje preparatów - właściwości mikroskopu elektronowego oraz jego przygotowanie do pracy, podstawowe składniki zestawu, jak używać mikroskop optyczny, jak zamocować próbkę, podstawy przygotowania próbek, obsługa oprogramowania sterującego, obserwacje próbek testowych oraz preparatów przygotowanych różnymi metodami. AFM podstawy I- właściwości mikroskopu sił atomowych oraz jego przygotowanie do pracy, podstawowe składniki zestawu, jak używać mikroskop optyczny, jak zamocować próbkę, podstawy przygotowania próbek, wymiana igły skanującej, regulacja układu laser fotodetektor, podstawowa obsługa oprogramowania sterującego, podstawy pracy 3 w trybie kontaktowym, mikroskopii sił bocznych (LFM) oraz spektroskopii sił, podstawy obróbki danych: jak przygotować dane do obróbki, jak je przygotować do wykorzystania w prezentacji, podstawowe narzędzia ich obróbki (profile liniowe, kształt, chropowatość AFM podstawy II - podstawy pracy w trybie TappingMode oraz obrazowania fazowego, optymalizacja parametrów obrazowania, 3 obrazowanie wcześniej przygotowanej próbki z analizą danych oraz przygotowaniem raportu z pomiarów. AFM tryby elektryczne - podstawy pracy w trybie pomiaru prądu rozpływu (conductive AFM), podstawy pracy w trybach mikroskopii sił magnetycznych MFM, mikroskopii sił elektrostatycznych EFM, rozkładu potencjału powierzchniowego Kelvin Probe AFM praca w cieczach - przygotowanie mikroskopu do pracy w cieczach, regulacja układu laser - fotodetektor w cieczy, podstawy przygotowania 3 próbek do pracy w cieczach, praca w trybie kontaktowym oraz pomiary sił w cieczach, praca w trybie TappingMode w cieczach. Suma godzin 5 Metody dydaktyczne Wykład z prezentacja multimedialną stanowiska ćwiczeniowe w Laboratorium Nanopreparatyki Sposób(y) i forma(y) zaliczenia Testy w czasie wykładów, Zaliczenie na podstawie Testów,w formie pisemnej Ocena końcowa z laboratorium zalicza się na podstawie sprawozdań z ćwiczeń. Wszystkie ćwiczenia muszą być wykonane. W uzyskaniu zaliczenia dopuszcza się brak jednego sprawozdania. Ocena końcowa to średnia ocena z uzyskanych ocen na kolokwiach. Metody i kryteria oceny Zaliczenie przedmiotu potwierdzi stopień osiągnięcia przez studenta zakładanych efektów kształcenia. Weryfikacja osiąganych efektów kształcenia kontrolowana jest na bieżąco w trakcie realizacji zajęć. Ocena uzyskana z zaliczenia przedmiotu pozwoli ocenić stopień osiągniętych efektów. Wykład:

5 Pisemne zaliczenie wykładu w formie testu. Laboratorium: po każdej części materiału student wykonuje praktyczne ćwiczenia, które są oceniane przez prowadzącego laboratorium. Ocena końcowa jest średnią arytmetyczną z ocen cząstkowych, przy czym student musi pozytywnie zaliczyć każdą część materiału. dost. (51-60)% pkt, +dost. (61-70)% pkt, dobry (71-80)% pkt, +dobry (81-90)% pkt, bardzo dobry (91-100)% pkt. Całkowity nakład pracy studenta potrzebny do osiągnięcia założonych efektów w godzinach oraz punktach ECTS Język wykładowy Praktyki zawodowe w ramach przedmiotu Literatura Aktywność Liczba godzin/ nakład pracy studenta uczestnictwo w wykładach 30 godz. uczestnictwo w laboratorium 5 godz. przygotowanie do 15 godz. laboratorium wykonanie sprawozdań 11 godz. udział w konsultacjach 2 godz. przygotowanie do egzaminu. 15 godz. udział w egzaminie 2 godz. SUMA GODZIN 120 godz. LICZBA PUNKTÓW ECTS liczba pkt ECTS w ramach 79 godz. / 3 ECTS zajęć wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli i studentów liczba pkt ECTS w ramach 50 godz. / 2 ECTS zajęć o charakterze praktycznym polski z wyjaśnieniem terminologii angielskiej brak Literatura podstawowa: 1. Nanotechnologie, Red.nauk. R.W.Kelsall, I.W. Hamley, M. Geogehegan, tlm.pol. pod red. K. Kurzydłowskiego, PWN, Varaden: Nanomedicine. Design and Applications of Magnetic Nanomaterials, Nanosensors and Nanosystems, Wiley-VCH

6 , Nanoparticles: From Theory to Application ed. G. Schmid Wiley-VCH 200. Nano Science and Technology: Novel Structures and Phenomena ed. Z. Tang and P. Sheng, Taylor & Francis C. R. Martin: Nanomaterials: A membranebased synthetic approach, Science Mikroskopia elektronowa, pod red. A. Barbackiego, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Rebecca Howland, Lisa Benatar, STM/AFM Mikroskopy ze skanującą sondą. Elementy teorii i praktyki, Veeco Innstruments, tlm. pol., WIM PW, Warszawa 2002 Podpis koordynatora przedmiotu Literatura uzupełniająca: Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, v. 1-6, 2008 Dekker Podpis kierownika jednostki