730-0921/01 – Struktura uhlíkatých materiálů (UM)
| Garantující katedra | Centrum nanotechnologií | Kredity | 5 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Gražyna Simha Martynková, Ph.D. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Gražyna Simha Martynková, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2005/2006 | Rok zrušení | 2010/2011 |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Absolvent předmětu získá přehled v oblastech struktury a charakterizace uhlíkatých materiálů. Seznámí se nejnovějšími trendy využití těchto materiálů v konvenčních i nových oborech jakými jsou nanotechnologie. V rámci cvičení se naučí hodnotit základní parametry uhlíkatých materiálů.
Vyučovací metody
Anotace
Tento předmět inženýrského studia zahrnuje následující okruhy: (a) Metody pro
analýzu struktury uhlíkatých materiálů (např. RTG-difrakce, eletronová
mikroskopie, elektronová difrakce). (b) Reálná struktura diamantu, grafitu
(zahrnující defekty struktury), koksů, grafitizovatelných materiálů s různým
stupněm uspořádanosti. (c) Struktura nanomateriálů (fullerenů, fulleridů, nanotrubiček) a vláken. (d) C-C kompozity. Využití uhlíkatých materiálů.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
E-learning
Další požadavky na studenta
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Osnova předmětu
1. Uhlík a uhlíkaté materiály, atomová struktura krystalů, uspořádané a
neuspořadané struktury. Základní pojmy v oblasti struktury krystalických a
nekrystalických pevných látek, základní formy uhlíku, strukturní variabilita
uhlíkatých materiálů.
2. Experimentální metody studia struktury uhlíkatých materiálů. Úvod do
analýzy pevných látek rtg. difrakcí, elektronovou mikroskopií, termickou
analýzou a mikroskopií atomárních sil se zvláštním ohledem na analýzu
struktury uhlíkatých materiálů.
3. Struktura grafitu a diamantu, polytypismus a strukturní poruchy. Rozbor
strukturní stavby grafitu, klad grafenových vrstev, základní pojmy a definice
z oblasti polytypismu látek, polytypy grafitu a jejich identifikace rtg.
difrakcí.
4. Hodnocení strukturní uspořádanosti grafitických a grafitizovatelných
materiálů. Definice obou typů materiálů, metodika stanovení velikosti
krystalitů Lc i La pomocí rtg. difrakce, neuspořádaný klad grafenových vrstev
u polytypů a jeho vliv na difrakční obraz.
5. Změny ve struktuře uhlíkatých materiálů při jejich kalcinaci a
grafitizaci. Vliv teploty na strukturu uhlíkatých materiálů různých typů,
zvyšování velikosti krystalitů Lc i La vlivem teplotního namáhání u
grafitizovatelných materiálů.
6. Fullereny a fulleridy, jejich vznik a struktura. Struktura fulerenů,
izoméry, syntéza extrakce a čištění. Struktura fuleritů, fulerenových dimérů a
polymérů. Endoedrické, substituční a exoedrické fuleridy. Současné a budoucí
využití fulerenů.
7. Uhlíkatá vlákna, jejich příprava, struktura a vlastnosti. Nomenklatura,
struktura a mechanické vlastnosti vláken, podrobnější charakterizace HM, LM a
IM vláken, výroba a struktura vláken vyrobených z PAN, výroba a struktura
vláken vyrobených ze smoly.
8. Nanotubulární uhlík. Struktura vícevrstevných a jednovrstevných forem,
možné způsoby sbalení grafenových rovin, syntéza a struktura MWNT forem v
elektrickém oblouku a SWNT forem metodou rozkladu plynných uhlovodíků pomocí
katalýzy na částicích kovů.
9. Pyrolytický uhlík, jeho struktura a příprava. Syntéza pyrolytického uhlíku
z plynného prekurzoru pomocí chemické depozice par (CVD). Mikrostruktura a
nanostruktura pyrolitického uhlíku, jeho vlastnosti a teplotní úprava.
10. Aktivní uhlík a saze. Struktura a příprava aktivního uhlíku, vztah
struktury k systému maro-, meso-, a mikropórům, fyzikální a chemická
aktivace, jeho vlastnosti. Klasifikace sazí, struktura, vlastnosti a
mechanismus vzniku sazí.
11. Kompozity na bázi uhlíkatých materiálů. Příprava a struktura kompozitů,
jejich vlastnosti a využití. Polymerní uhlíkaté kompozity, kovové uhlíkaté
kompozity a kompozity uhlík-uhlík, výroba a použití kompozitů uhlík-uhlík.
12. Koksy, jejich struktura a vlastnosti. Struktura a vlastnosti koksů
různých typů. Porosita (soustava maro-, meso-, a mikropóry) a mikroskopicá
klasifikace koksů, vliv teplotní úpravy koksů na jejich strukturu.
13. Elektrodové uhlíkaté materiály. Příprava, struktura a využití
elektrodových materiálů. Vlastnosti elektrod různých typů a variabilita jejich
struktury ve vztahu k jejich použití v technologických procesech.
14. Struktura uhelné hmoty. Současné názory na mikro- a nano-strukturu uhelné
hmoty v závislosti na míře prouhelnění, chemická struktura hlavních komponent
uhelné hmoty, index aromaticity.
Laboratorní cvičení
1. Příprava strukturních dat zadaných uhlíkatých látek pro zobrazovací program
MOLDRAW a DIAMOND.
2. Zobrazování trojrozměrných krystalových struktur programem MOLDRAW a
DIAMOND, výpočet meziatomárních vzdáleností a úhlů.
3. Měření na práškovém rtg. difraktometru INEL, seznámení se systémem a
příprava vzorků.
4. Pořízení difrakčního záznamu uhlíkatého materiálu na práškovém rtg.
difraktometru jeho základní vyhodnocení.
5. Stanovení velikosti krystalitů u nekalcinovaných uhlíkatých materiálů
práškovou rtg. difrakcí.
6. Stanovení velikosti krystalitů u kalcinovaných uhlíkatých materiálů
práškovou rtg. difrakcí.
7. Elektronový mikroskop, seznámení se systémem, příprava vzorků.
8. Elektronový mikroskop, analýza vlastních vzorků uhlíkatých materiálů.
9. Mikroskop atomárních sil, seznámení se systémem, příprava vzorků.
10. Mikroskop atomárních sil, analýza vlastních vzorků uhlíkatých materiálů.
11. Identifikace vybraných uhlíkatých látek optickou mikroskopií.
12. Termogravimetrická analýza uhlíkatých materiálů, vyhodnocení záznamů.
13. Docvičování předchozích úloh, zápočet.
Literatura
[1] P.L.Walker: Chemistry and Physics of Carbon. M.Dekker, Inc. N.York,
1965.
[2] I. Kraus: Struktura a vlastnosti krystalů. Academia, Praha, 1993.
[3] I. Kraus: Úvod do strukturní rentgenografie, Academia, Praha, 1985.
[4] M.Kaloč: Průmyslový uhlík. Skripta VŠB-TU Ostrava, 1990.
[5] Z. Weiss, G. Simha Martynková, O. Šustai, : Nanostruktura uhlíkatých
materiálů, Repronis, 2005 .
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.