Detail předmětu

Nanotechnologie

FCH-BC_NMATAk. rok: 2023/2024

V rámci předmětu bude studentům předložen hlubší vhled do problematiky nanotechnologií. Studenti se seznámí s paletou metod přípravy nanostruktur (0D, 1D i 2D), jejich teoretickým základem i praktickou realizací. Druhý blok přednášek bude zaměřen na pochopení fyzikálních vlastností (mechanických, optických, elektrických a magnetických) struktur v nanosvětě. Důsledky těchto vlastností budou přiblíženy na konkrétních aplikacích nanomateriálů. Součástí předmětu je také seznámení s metodami analýzy nanostruktur. Ve všech částech výuky bude kladen důraz na pochopení principů a jejich aplikaci do konkrétních problémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

3

Garant předmětu

prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikální a spotřební chemie (ÚFSCH)

Vstupní znalosti

Znalosti z obecných základních předmětů (matematika, fyzika, chemie). Znalosti z vybraných kapitol z předmětů Fyzikální chemie I, II a Aplikovaná fyzika. Absolvování předmětu Úvod do mikro a nanotechnologií.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínkou udělení zápočtu je vypracování a obhajoba projektu na zvolené téma.
Předmět je ukončen zkouškou, která se skládá ze dvou částí: písemné části a ústní části ve formě kolokvia. V písemné části zkoušky bude ověřena míra pochopení problematiky a schopnost aplikovat teoretické poznatky v konkrétních příkladech. V případě dosažení alespoň 50 % bodů z písemného testu pokračují studenti k ústní části zkoušky. Formou kolokvia budou studenti s vyučujícím procházet písemnou část, obhajovat a doplňovat své odpovědi. Výkon v ústní části zkoušky pak může vést ke zlepšení hodnocení.

Učební cíle

Získat hlubší vhled do problematiky nanotechnologií a nanomateriálů.

Chápat a umět popsat specifické vlastnosti nanostruktur.

Získat větší pochopení teoretických a praktických aspektů přípravy a analýzy nanomateriálů.

Vybudovat znalostní základ použitelný při zpracování bakalářské práce, v navazujícím studiu i v pracovním uplatnění.


Absolveni předmětu získají hlubší vhled do problematiky nanotechnologií a nanomateriálů. Zejména se jedná o:

- metody přípravy nanostruktur a nanomateriálů

- fyzikální vlastnosti nanomateriálů a jejich využití v konkrétních aplikacích

- metody analýzy nanomateriálů

Základní literatura

Hošek J.: Úvod do nanotechnologie. ČVUT, Praha 2010 (CS)

Doporučená literatura

Ramsedn J.: Essentials of Nanotechnology. BookBoon 2009 (EN)
Rogers B.: Nanotechnology : Understanding Small Systems, Third Edition. Taylor & Francis Group, Oakville 2017. (EN)
Stuart L.: Introduction to Nanoscience. Oxford University Press, New Your 2010 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPCP_CHTN bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D.

Osnova

1. Úvod (opakování z Úvodu do mikro a nanotechnologií). Základní pojmy, názvosloví, rozdíly mezi nano- a makro-objekty, přirozené nanomateriály, stručná historie.
2. Přístup top-down a bottom-up, kategorizace podle dimenzionality 0D, 1D a 2D (geometrie nanoobjektů), rostoucí vliv povrchových atomů, kvantové efekty.
3. Příprava tenkých vrstev, růstové mechanismy tenkých vrstev, vliv teploty a rychlosti depozice, epitaxní růst. Fyzikální metody z plynné fáze – napařování, naprašování. Efúzní cely. Příprava tenkých vrstev.
4. Chemické metody z plynné fáze (CVD) – redukce, oxidace, nitridace, polymerace. Pokročilé metody CVD (LP-, PE-, MOCVD, ALD). Speciální a další metody přípravy tenkých vrstev – SAM, potahování (spin-coating, dip-coating) tisk.
5. Litografie – elektronová, iontová, fotolitografie. Metody přípravy 1D (trubky, tyčinky) a 0D (nanočástice) nanomateriálů.
6. Fyzikální vlastnosti nanomateriálů. Mechanické, optické, elektrické a magnetické vlastnosti.
7. Nanomateriály a jejich aplikace – nanooptika a nanoelektronika (povrchový plasmon, nanopigmenty, nanofotonika, polovodičové nanočástice, uhlíkové nanostruktury)
8. Nanomateriály a jejich aplikace – nanomagnetismus (magnetické nosiče, MRI, léčba nádorových onemocnění)
9. Nanomateriály pro mechanické použití (uhlíkové nanotrubky, NEMS/MEMS, povrchové úpravy)
10. Další aplikace nanomateriálů (medicínské, environmentální, katalytické, energetické)
11. Metody zkoumání nanomateriálů – spektroskopické metody (absorpční, fluorescenční, elipsometrické), elektronová mikroskopie (SEM, TEM), techniky zkoumání povrchu (AFM, STM, SNOM)
12. Zdravotní, ekologické a sociální dopady nanotechnologií. Rizika nanotechnologií.
13. Prezentace studentských projektů.