Przewodnictwo jonowe w kryształach

Transkrypt

1 Przewodnictwo jonowe w kryształach Wykład 1. Wprowadzenie do przedmiotu Prowadzący dr inż. Sebastian Wachowski dr inż. Tadeusz Miruszewski

2 Podstawowe informacje o przedmiocie Przedmiot składa się z: Wykład część I (15 h) dr inż. S. Wachowski Wykład część II (15 h) dr inż. T. Miruszewski Seminarium (15 h) dr inż. T. Miruszewski Ocena z przedmiotu to średnia ważona z: Zaliczenia (pisemnego) z wykładu (70% oceny końcowej) Oceny z seminarium (30% oceny końcowej) ale... żeby zaliczyć przedmiot trzeba uzyskać ocenę dostateczny (czyli 50%) zarówno z seminarium, jak i z wykładu Uwaga dla doktorantów: obowiązuje was tylko zaliczenie z wykładu (ustne) Skala ocen: <50% ndst (2.0) 50-60% dst (3.0) 60-70% dst+ (3.5) 70-80% db (4.0) 80-90% db+ (4.5) % bdb (5.0)

3 Cel wykładu Wykład ma na celu pogłębić i usystematyzować wiedzę studentów dotyczącą przewodnictwa elektrycznego w ciałach stałych. Treści przedstawiane na dotyczą zarówno teorii transportu, jak i technik pomiarowych stosowanych w praktyce. Co to w ogóle znaczy? Po wykładzie będziecie wiedzieć czym są przewodniki jonowe, przewodniki mieszane etc. znać znaczenie przewodnictwa elektronowego w tych materiałach potrafić rozdzielić wpływ poszczególnych nośników ładunku na całkowitą przewodność materiału znać zależności pomiędzy przewodnością a różnymi parametrami opisującymi warunki w jakich znajduje się materiał (np. temperatura, ciśnienia parcjalne) znać techniki, które umożliwiają zmierzenie przewodności jonowej w kryształach wiedzieć jakie są zastosowania przewodników jonowych

4 Podstawy, literatura i materiały pomocnicze Treści wykładu zostały opracowane na podstawie: Wykładu prof. T. Norby ego z Uniwersytetu w Oslo (ARWU 67.) Defects in Solids Wykładu prof. I. Riessa z Instytutu Technologii Technion z Hajfie (ARWU 69.) Mixed ionicelectronic conductors Literatura: 1. C. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, Warszawa, PWN, W. Bogusz, F. Krok, Elektrolity stałe, właściwości elektryczne i sposoby ich pomiaru Warszawa, WNT, C. Barry Carter, M. Grant Norton, Ceramic materials: science and engineering, New York, Springer, W. Kingery, H. Bowen, D. Uhlmann, Introduction to ceramics, 2nd edition, New York, Willey, M. Marrony i in, "Proton-conduting ceramics, from fundamentals to applied research, Singapore, Pan Stanford Publishing, 2016

5 Podstawy, literatura i materiały pomocnicze Literatura: 6. H. Rickerd Electrochemistry of solids: an introduction Berlin, Springer, S. Geller i in. Topics in applied phsyics vol 21: solid electrolytes Berlin, Springer, P. Gellings, H. Bouwmeester The CRC handbook of solid state electrochemistry New York, The CRC press, I. Riess Mixed ionic-electronic conductors materials properties and application Solid State Ionics 157 (2003) 1-17 Materiały pomocnicze: Na portalu enauczanie PG zostaną umieszczone (za ok. 2 tyg.) wszystkie wykłady oraz seria zadań, które pomogą wam lepiej zaznajomić się z tematyką omawianą na wykładzie.

6 Zakres wykładu część I 1. Wprowadzenie do przedmiotu. Przypomnienie podstawowych pojęć z krystalografii i fizyki materiałów. Wstęp do przewodnictwa jonowego: podstawowe definicje, znaczenie przewodników jonowych i ich zastosowania. (2 godziny) 2. Defekty punktowe w kryształach: powstawanie defektów, notacja Krogera-Vinka, równania reakcji defektów, prawo działania mas dla defektów, diagramy Brouwera. (4 godziny) 3. Zjawiska dyfuzji w kryształach: podstawowe pojęcia, mechanizmy dyfuzji, współczynniki dyfuzji samoistnej, znacznikowej i chemicznej, I i II prawo Ficka (4 godziny) 4. Ruchliwość nośników ładunków i wprowadzenie do przewodnictwa elektrycznego: definicje i zależności, równanie Nernsta-Einsteina (3 godziny) 5. Transport elektrochemiczny: potencjał elektrochemiczny, gęstość strumienia masy, gęstość prądu elektrycznego, napięcie Nernsta (2 godziny)

7 Zakres wykładu część II 6. Transport elektronowy w kryształach: przewodnictwo modele i mechanizmy, opis matematyczny mechanizmów, zależności temperaturowe koncentracji nośników ładunku i przewodności elektrycznej, domieszkowanie a przewodnictwo jonowe i elektronowe (6 godzin) 7. Mieszane przewodnictwo jonowo-elektronowe: podstawowe pojęcia, relacje I-V w zależności od koncentracji nośników ładunku, matematyczny opis przewodnictwa elektrycznego w mieszanych przewodnikach, zastosowanie mieszanych przewodników jonowo-elektronowych (4 godziny) 8. Metody eksperymentalne pomiaru parametrów transportu ładunku w przewodnikach jonowo-elektronowych podstawy teoretyczne metod, opis matematyczny, przykładowe wyników wraz z ich analizą (2 godziny) 9. Urządzenia elektrochemiczne podstawy teoretyczne, zasady działania ogniw paliwowych, elektrolizerów stałych, separatorów tlenu, dobór materiałów do budowy urządzeń elektrochemicznych (3 godziny)

8 Typowy slajd wykładu Definicje i teksty aby posiąść wiedzę niezbędną do zaliczenia przedmiotu trzeba w ogólności być zaznajomionym z tym co było na wykładzie, ale nie trzeba znać na pamięć! Rzeczy, które koniecznie trzeba zrozumieć oznaczone są na zielono, a te które trzeba koniecznie pamiętać na czerwono [1] E + - i + j = σe Opis wielkości występujących we wzorze σ i = Z i e[i]μ i Jakiś wzór Przykład wzoru + + ładunek koncentracja ruchliwość [1] Tu będą znajdować się odnośniki i źródła (jeśli będą potrzebne)

9 Seminarium Student przygotuje i wygłosi seminarium na temat wybranego materiału będącego przewodnikiem jonowym lub mieszanym przewodnikiem jonowo-elektronowym. Zadaniem studenta będzie w ramach seminarium skonfrontowanie wyników eksperymentalnych zawartych w literaturze z teorią i zaproponowanie modelu teoretycznego wyjaśniającego przedstawiane zjawiska. Najważniejsze informacje: Seminarium rozpocznie się 19 kwietnia i będzie trwać 8 tygodni. Każdy z was będzie musiał przygotować seminarium na 15 minut (7-15 slajdów), w trakcie którego omówi właściwości wybranego materiału przewodzącego jonowo. Podstawą do przygotowania seminarium będą artykuły z czasopism figurujących na liście JCR. Jednym z najważniejszych aspektów seminarium będzie przeprowadzenie analizy wyników i porównanie ich z wiedzą nabytą w trakcie wykładu Listę proponowanych tematów wraz z przykładowymi pozycjami literaturowymi otrzymacie na 2-3 tygodnie przed rozpoczęciem seminarium Można zaproponować własny temat!

10 Dziękuję za uwagę