Detail předmětu

Elektrotechnické materiály, materiálové soustavy a výrobní procesy

FEKT-DET1Ak. rok: 2019/2020

Část I. se zabývá popisem vlastností anizotropních látek obecně, s podrobnějšími aplikacemi u piezoelektrických látek. Popisuje lineární teorii piezoelektřiny, strukturu a vlastnosti piezoelektrických prvků a soustav až po výrobní procesy různých piezoelektrických systémů.
Část II. se zabývá fotovoltaickými systémy, fyzikou fotovoltaického jevu, principy činnosti, základními typy fotovoltaických systémů a jejich aplikacemi a výrobou solárních článků a panelů.
Část III. se zabývá problematikou matematicko-fyzikálního modelování umožňující modelování zkoumaných problémů základních fyzikálních a sdružených úloh ve výzkumné praxi.
Část IV. se zabývá specializovanou oblastí pájených spojů, etapami formování pájeného spoje, požadavky na kvalitní pájený spoj, materiálovými a procesními faktory ovlivňujícími spolehlivost pájeného spoje.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav elektrotechnologie (UETE)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu získá hlubší znalosti ve vybraných oblastech elektrotechnických materiálů, materiálových soustav a výrobních procesů. Modulární systém předmětu umožní konkrétní sestavení osnovy dle zaměření studenta, resp. dle zaměření jeho uvažované dizertační práce.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni magisterského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou semináře. Přednášky jsou vedeny s použitím PowerPointové prezentace. Na závěr semináře je řízená diskuze.

Způsob a kritéria hodnocení

Závěrečná zkouška

Osnovy výuky

Modul I-M-1: Vlastnosti anizotropních materiálů, základy tenzorového počtu, popis mechanických vlastností anizotropních látek, popis dielektrických vlastností anizotropních látek, transformace souřadnic
Modul I-M-2: Lineární teorie piezoelektřiny, termodynamické potenciály, lineární piezoelektrické stavové rovnice, základní piezoelektrické materiály
Modul I-S-1: Piezoelektrické rezonátory, vybuzení mechanických kmitů, mechanické kmity rezonátorů, náhradní schéma piezoelektrického rezonátoru, stanovení orientace řezu, teplotní závislost rezonančního kmitočtu
Modul I-S-2: Měření vlastností rezonátorů, rezonátory na bázi SiO2, rezonátory na bázi keramických materiálů, piezoelektrické filtry, piezoelektrické měniče
Modul I-P-1: Výroba piezoelektrických rezonátorů, řezy monokrystalů, elektrodové systémy, pouzdření, výroba dalších piezoelektrických systémů.
Modul II-M-1: Materiály vhodné pro fotovoltaiku. Fyzika fotovoltaického jevu. Fotovoltaické zdroje. Princip činnosti, charakteristiky.
Modul II-M-2: Třetí generace fotovoltaiky. Tandemové solární články, Tenkovrstvé solární články. CdTe, CuSe, InGa solární články. Barvivové fotovoltaické články.
Modul II-S-1: Fotovoltaické systémy. Základní typy fotovoltaických systémů a jejich aplikace. Koncentrátory. Fotovoltaické panely a systémy. Solární moduly, konstrukce a technologie.
Modul II-P-1: Výroba křemíkových krystalických fotovoltaických článků Monokrystalické a polykrystalické články, leptání, difúzní procesy, sítotisk, naprašování
Modul II-P-2: Výroba tenkovrstvých fotovoltaických článků. Struktura mikrokrystalických, amorfních, CdTe, CuSe, InGa solárních článků a jejich výroba
Modul II-P-3: Výroba fotovoltaických panelů. Struktura fotovoltaických panelů, používané materiály, způsoby kontaktování fotovoltaických článků, konverze stejnosměrného napětí slunečních baterií na síťové napětí.
Modul III- 1: Přehled základních možností využití matematicko-fyzikálního modelování při řešení problémů ve výzkumné praxi.
Modul III- 2: Osvojení problematiky nastavení vhodného řešiče úloh, stupně diskretizace, nastavení dalších volených matematických modelů (např. turbulentního), mesh, volby okrajových podmínek a dalších problémů odladění řešené úlohy.
Modul III-3: Praktické příklady řešení matematicko-fyzikálních úloh v oblasti elektromagnetismu, proudění tekutin, přestupu tepla apod.
Modul IV-M-1: Materiálová soustava pájeného spoje. Povrchové úpravy spojovaných kovů, metody analýzy povrchů, pájky SnPb a SnAgCu, tavidlový systém, vzduch a ochranná atmosféra, adsorpční děje na heterogenních rozhraních
Modul IV-S-1: Etapy formování pájeného spoje. Reaktivní smáčení povrchu, fyzikálně chemické reakce na mezifázovém rozhraní, rozpouštění, difúze, intermetalická oblast, krystalizace
Modul IV-P-1: Spolehlivost pájeného spoje. Procesní faktory: teplota/doba pájení, definované vs. kvazineomezené množství pájky v pájeném spoji, požadavky na pájený spoj, faktory ovlivňující spolehlivost pájeného spoje, termomechanické namáhání pájeného spoje.

Učební cíle

Cílem části I. je rozšířit a prohloubit znalosti z oblasti vlastností anizotropních materiálů obecně, s konkrétními aplikacemi v oblasti piezoelektřiny.
Cílem části II. je rozšíření znalostí o fotovoltaických zdrojích elektrické energie, jejich možnostech použití a ekologických aspektech jejich nasazení.
Cílem části III. je seznámit studenty s možnostmi řešení vědeckých úloh pomocí matematicko-fyzkálního modelování zkoumaných problémů a osvojení problematiky odladěním řešené úlohy.
Cílem části IV. je seznámit studenty se specializovanými oblastmi pájených spojů jako jsou etapy formování pájeného spoje, požadavky na kvalitní pájený spoj, materiálové a procesní faktory ovlivňující spolehlivost pájeného spoje atp.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

HUMPSTON, G., JACOBSON, D., M.: Principles of Soldering, ASM International, 2004, ISBN 0-87170-792-6 (EN)
MENTLÍK, V.: Dielektrické prvky a systémy. BEN-technická literatura, Praha, 2006. ISBN 80-7300-189-6 (CS)
SZE, S., M., KWOK, K.: Physics of Semiconductor Devices. Wiley - Interscience, A John Wiley & sons, Inc. Publication, ISBN-13: 978-0-471-14323-9 (EN)
ZELENKA, J.: Piezoelektrické rezonátory a jejich použití. ACADEMIA Praha 1993 (CS)

Doporučená literatura

ADAMSON, A., W., GAST, A., P.: Physical Chemistry of Surfaces. A Willey Interscience Publication, 1997, ISBN 0 –471-14873-3 (EN)
Ansys Advantage magazin: http://www.ansys.com/About+ANSYS/ANSYS+Advantag+Magazine (EN)
Ferziger, J. H., Peric, M., Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer : Berlin, 2002. (EN)
HWANG, J., S.: Environment-Friendly Electronics: Lead Free Technology, Electrochemical Publications Limited, 2001, ISBN 0 901150 401 (EN)
Stolarski, T., Nakasone, Y., Yoshimoto, S. Engineering Analysis with Ansys Software, Oxford 2006 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EKT-PK doktorský

    obor PK-EST , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PK-MVE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PK-BEB , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PK-KAM , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PK-SEE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PK-FEN , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PK-MET , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PK-TEE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PK-TLI , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

  • Program EKT-PP doktorský

    obor PP-FEN , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PP-MVE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PP-SEE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PP-TEE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PP-BEB , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PP-TLI , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PP-KAM , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PP-MET , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor PP-EST , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Seminář

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Maxa, Ph.D.
Ing. Jiří Starý, Ph.D.
doc. Ing. Jiří Vaněk, Ph.D.
prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc.

Osnova

Modul I-M-1: Vlastnosti anizotropních materiálů, základy tenzorového počtu, popis mechanických vlastností anizotropních látek, popis dielektrických vlastností anizotropních látek, transformace souřadnic
Modul I-M-2: Lineární teorie piezoelektřiny, termodynamické potenciály, lineární piezoelektrické stavové rovnice, základní piezoelektrické materiály
Modul I-S-1: Piezoelektrické rezonátory, vybuzení mechanických kmitů, mechanické kmity rezonátorů, náhradní schéma piezoelektrického rezonátoru, stanovení orientace řezu, teplotní závislost rezonančního kmitočtu
Modul I-S-2: Měření vlastností rezonátorů, rezonátory na bázi SiO2, rezonátory na bázi keramických materiálů, piezoelektrické filtry, piezoelektrické měniče
Modul I-P-1: Výroba piezoelektrických rezonátorů, řezy monokrystalů, elektrodové systémy, pouzdření, výroba dalších piezoelektrických systémů.
Modul II-M-1: Materiály vhodné pro fotovoltaiku. Fyzika fotovoltaického jevu. Fotovoltaické zdroje. Princip činnosti, charakteristiky.
Modul II-M-2: Třetí generace fotovoltaiky. Tandemové solární články, Tenkovrstvé solární články. CdTe, CuSe, InGa solární články. Barvivové fotovoltaické články.
Modul II-S-1: Fotovoltaické systémy. Základní typy fotovoltaických systémů a jejich aplikace. Koncentrátory. Fotovoltaické panely a systémy. Solární moduly, konstrukce a technologie.
Modul II-P-1: Výroba křemíkových krystalických fotovoltaických článků Monokrystalické a polykrystalické články, leptání, difúzní procesy, sítotisk, naprašování
Modul II-P-2: Výroba tenkovrstvých fotovoltaických článků. Struktura mikrokrystalických, amorfních, CdTe, CuSe, InGa solárních článků a jejich výroba
Modul II-P-3: Výroba fotovoltaických panelů. Struktura fotovoltaických panelů, používané materiály, způsoby kontaktování fotovoltaických článků, konverze stejnosměrného napětí slunečních baterií na síťové napětí.
Modul III- 1: Přehled základních možností využití matematicko-fyzikálního modelování při řešení problémů ve výzkumné praxi.
Modul III- 2: Osvojení problematiky nastavení vhodného řešiče úloh, stupně diskretizace, nastavení dalších volených matematických modelů (např. turbulentního), mesh, volby okrajových podmínek a dalších problémů odladění řešené úlohy.
Modul III-3: Praktické příklady řešení matematicko-fyzikálních úloh v oblasti elektromagnetismu, proudění tekutin, přestupu tepla apod.
Modul IV-M-1: Materiálová soustava pájeného spoje. Povrchové úpravy spojovaných kovů, metody analýzy povrchů, pájky SnPb a SnAgCu, tavidlový systém, vzduch a ochranná atmosféra, adsorpční děje na heterogenních rozhraních
Modul IV-S-1: Etapy formování pájeného spoje. Reaktivní smáčení povrchu, fyzikálně chemické reakce na mezifázovém rozhraní, rozpouštění, difúze, intermetalická oblast, krystalizace
Modul IV-P-1: Spolehlivost pájeného spoje. Procesní faktory: teplota/doba pájení, definované vs. kvazineomezené množství pájky v pájeném spoji, požadavky na pájený spoj, faktory ovlivňující spolehlivost pájeného spoje, termomechanické namáhání pájeného spoje.