Detail předmětu

Structure and Properties of Materials

FEKT-MPA-SVMAk. rok: 2021/2022

Amorfní a krystalický stav látek. Mikrostruktura a makrostruktura elektrotechnických materiálů. Krystalografický popis. Komplexní permitivita; Anorganická dielektrika, Sklo pro elektrotechniku. Elektrotechnická keramika, Plasty pro elektrotechniku. Feroelektrika. Piezoelektrika. Elektrety. Kompozity. Polovodičové materiály. Hallův jev. Termoelektrický jev. Peltierův jev. Magnetický stav látek. Magneticky měkké a tvrdé materiály.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Vítězslav Novák, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav elektrotechnologie (UETE)

Výsledky učení předmětu

Po absolvování předmětu je student schopen:
- klasifikovat elektrotechnické materiály z hlediska vlastností a jejich užití,
- vysvětlit podstatu fyzikálních dějů, odehrávajících se ve struktuře elektrotechnických materiálů,
- matematicky popsat fyzikální děje, probíhající v elektrotechnických materiálech,
- popsat vzájemnou vazbu mezi složením a strukturou materiálů a jejich výslednými vlastnostmi, včetně možnosti řízení těchto vlastností,
- navrhovat optimální druhy materiálů pro výrobu elektrotechnických, elektronických a mikroelektronických zařízení, jakož i do aplikací v příbuzných technických a vědních oborech.

Prerekvizity

Znalost elektrotechnických materiálů na úrovni bakalářského předmětu Materiály a technická dokumentace.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka znalého pro samostatnou činnost“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, numerická a laboratorní cvičení. Předmět využívá virtuální laboratorní úlohy dostupné na serveru.

Způsob a kritéria hodnocení

až 40 bodů v průběhu semestru (15 bodů za laboratorní cvičení a 25 bodů za písemný test)
až 60 bodů za písemnou závěrečnou zkoušku
Zkouška je zaměřena na ověření znalostí a orientaci v problematice elektrotechnických materiálů.

Osnovy výuky

1. Amorfní a krystalický stav látek. Mikrostruktura a makrostruktura elektrotechnických materiálů. Krystalografický popis. Poruchy krystalové mřížky
2. Komplexní permitivita; vliv teploty a kmitočtu elektrického pole na složky komplexní permitivity
3. Anorganická dielektrika, použití v elektrotechnice
4. Sklo pro elektrotechniku, klasifikace a druhy skel
5. Elektrotechnická keramika, technologie výrob
6. Plasty pro elektrotechniku. Termoplasty. Reaktoplasty. Plasty se zvýšenou tepelnou odolností. Elastomery
7. Feroelektrika, piezoelektrika, elektrety a kompozity
8. Polovodičové materiály. (vliv teploty, koncentrace příměsí a elektrického pole na vlastnosti). Hallův jev. Termoelektrický jev, Peltierův jev
9. Magnetický stav látek. Diamagnetismus, paramagnetismus fero- a ferimagnetismus.Magneticky měkké a tvrdé materiály. Použití v elektrotechnice

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s vzájemnou vazbou složení a struktury materiálů na vlastnosti materiálů a na možnosti řízení jejich vlastností. Získané znalosti umožní studentům navrhovat optimální druhy materiálů do výroby elektrotechnických, elektronických a mikroelektronických zařízení, jakož i do aplikací v příbuzných technických a vědeckých oborech.

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

Povinná účast ve výuce.

Základní literatura

Nelson, S.: Dielectric Properties of Agricultural Materials and their Applications, Elsevier Books 2015, ISBN: 0128023058 (EN)
Reis, M.: Fundamentals of Magnetism, Elsevier Books 2013, ISBN: 0124055451 (EN)

Doporučená literatura

Askeland, D., R.: The Science and Engineering of Materials, Boston, 1994, ISBN 0-534-93423-4 (EN)
Hippel, A.: Dielectric materials and Applications, Artech House Boston, 1995, ISBN 0890068054 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-MEL magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPAD-MEL magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vítězslav Novák, Ph.D.

Osnova

Složení,struktura a makroskopické vlastnosti materiálů.
Přístupy k řízení vlastností materiálů.
Nekonvenční a teplovzdorné plasty. Vodivé plasty.
Sklo pro elektroniku. Skelné pájky. Slinovaná skla. Skelně krystalické materiály.
Keramika pro elektroniku. Keramické supravodiče. Piezoelektrika.
Sloučeninové polovodiče a jejich tuhé roztoky.
Amorfní polovodiče. Polovodivé vrstvy. Organické polovodiče.
Magnetická kovová skla.Paměťová média.
Materiály pro optoelektroniku.Vláknová optika.
Superčisté látky pro elektroniku a další aplikace.
Materiály pro vakuovou techniku.
Materiály pro konverzi a akumulaci energie.
Bio-materiály a bio-kompatibilita.
Materiály a pracovní prostředí.

Cvičení odborného základu

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vítězslav Novák, Ph.D.

Osnova

Řešení úloh z oblastí:
Chemické složení a struktura organických a anorganických materiálů.
Vlastnosti dielektrik, polovodičů a magnetik v elektrických, magnetických a tepelných polích.
Piezoelektrické vlastnosti látek.
Optické vlastnosti látek.
Kompatibilita anorganických,organických a biologických materiálů.

Laboratorní cvičení

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vítězslav Novák, Ph.D.

Osnova

1) Sledování vlivu tepelných a magnetických polí na vlastnosti polovodičů.
2) Elektrické vlastnosti dielektrických a vodivých kompozitů.
3) Měření dielektrických vlastností feroelektrik.
4) Měření vlastností piezoelektrických elementů.
5) Teplotní a kmitočtové závislosti magnetických vlastností fero- a ferimagnetik.
6) Měření ztrát v dielektrických a magnetických materiálech.