730-0921/01 – Struktura uhlíkatých materiálů (UM)

Garantující katedraCentrum nanotechnologiíKredity5
Garant předmětudoc. Ing. Gražyna Simha Martynková, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Gražyna Simha Martynková, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník2Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2005/2006Rok zrušení2010/2011
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
SIM75 doc. Ing. Gražyna Simha Martynková, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+2

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:

Literatura: P.L.Walker: Chemistry and Physics of Carbon. M.Dekker, Inc. N.York, 1965. I. Kraus: Struktura a vlastnosti krystalů. Academia, Praha, 1993. I. Kraus: Úvod do strukturní rentgenografie, Academia, Praha, 1985. M.Kaloč: Průmyslový uhlík. Skripta VŠB-TU Ostrava, 1990. Z.Weiss, M.Chmielová: Struktura uhlíkatých materiálů, syllabus, VŠB-TUO, 1997. Z.Weiss, G.Simha Martynková, O.Šustai: Nanostruktura uhlíkatch materiálů, Repronis, 2005, ISBN 80-7329-083-9 G.Simha Martynková, M.Šupová, V.Matějka, Y.Lu, Carbonaceous Materials in Composites, Repronis Ostrava, 2008, ISBN 978-80-7329-174-7

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

Prezenční forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr, platnost do: 2009/2010 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 30 (30) 0
                Projekt Projekt 30  0
        Zkouška Zkouška 70 (70) 0
                Ústní zkouška Ústní zkouška 70  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2010/2011 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2009/2010 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku