Nemkonvencionális anyagok

ELŐADÁS:
1. Az anyagtudomány fejlődésének áttekintése:
Hogyan jutott el az ember a kőbaltától a multifunkcionális anyagokig. Mik azok a nemkonvencionális anyagok? Miként tette lehetővé szerkezet és az anyagok tulajdonságai közötti kapcsolat felismerése az anyagtudomány fejlődését.
2. Nemkonvencionális kemény anyagok:
Fémhabok. Alakmemória: emlékező fémek és műanyagok. Az effektus kiváltása különböző környezeti hatásokkal és magyarázatuk. Az alakmemóriával rendelkező anyagok előállítása és felhasználása. Speciális műszaki kerámiák: elektrostrikció és magnetostrikció jelensége.
3. Komplex folyadékok:
Olyan folyadék halmazállapotú anyagok, amelyek egyenletes eloszlású nano- vagy mikrométeres részecskéket tartalmaznak. A kolloid mérettartományba eső részecskék speciális elektromos vagy mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek és azt a látszatot keltik, mintha a folyadék mutatna elektromos vagy mágneses tulajdonságokat. A komplex folyadékok előállítása, a tulajdonságaik vizsgálata, felhasználásuk.
4. Lágy anyagok, liogélek:
Nincs még egy olyan anyagi rendszer, amely ily sokféle környezeti hatásra reagálna. A gélek, mint anyagi rendszerek. A polimer gélek egyensúlyi duzzadásfoka. A gélkollapszus jelensége. Az egyensúlyi duzzadásfok változása különböző környezeti hatásokra. A gélek előállítása és tulajdonságaik vizsgálata.
5. A polimer liogélek felhasználása:
A polimer gélek felhasználása igen széles spektrumot ölel fel. Orvosi, orvos-biológiai és robottechnikai alkalmazások: mesterséges szervek, műizom. Szabályozott hatóanyag-leadó rendszerek. Mesterséges szövetek előállítása. A polimer gélek, mint szenzorok és aktuátorok.

6. Önszerveződő anyagok:
Az önszerveződés, mint általános természeti jelenség. Az önszerveződésre képes molekulák fontosabb képviselői. Önszerveződéssel keletkező filmek és bevonatok. LBL-technikák (“layer-by-layer”, rétegenkénti építkezés). Langmuir- és Langmuir-Blodgett-filmek. Szupramolekulás halmazok oldatokban.
7. Funkcionális nanorészecskék és bevonatok:
Előállításuk nedves kolloidkémiai eljárásokkal. Nanorészecskék és nanorészecskés filmek, nanolitográfia. Anyagi minőség és szerkezet. Szol-gél technikák. Anorganikus-organikus (hibrid) bevonatok. A bevonatok jellemzésének optikai módszerei: optikai spektroszkópia, pásztázó szögű reflektometria, ellipszometria.
8. Nanostrukturált bevonatok tulajdonságai és alkalmazásai:
Morfológia és vízlepergető tulajdonság: szuperhidrofobitás. Fénykibocsátó és fotovoltaikus tulajdonságok: LED, OLED, új generációs napelemek. Elektrokromizmus. Antireflexiós és fotonikus tulajdonságok. Öngyógyító („self-healing”), öntisztító („self-cleaning”), fotokatalitikus és antibakteriális bevonatok.
9. Reszponzív felületek, bevonatok és diszperziók:
Fény által kiváltott reverzibilis nedvesedési jelenségek. Külső hatásra (pH, hőmérséklet, redox-potenciál) bekövetkező (ható)anyag leadás nanorészecskéken és makroszkopikus felületeken kialakított bevonatokon keresztül. Külső hatásra (fény, pH, hőmérséklet) bekövetkező állapotváltozások kolloid diszperziókban. Alkalmazások.



10. Pórusos nemkonvencionális anyagok:
A pórusos nemkonvencionális anyagok csoportosítása és jellemzése (merev és rugalmas pórusok, független és összefüggő porozitás, egynemű és heterogén összetételű anyagok, lehetséges alkalmazások).
Jellemzési módszerek rövid áttekintése: felületmérési és pórusméreteloszlási módszerek összehasonlító elemzése, korlátok és komplementaritás (mikroszkópiás módszerek, adszorpció, szórási módszerek, higanyporozimetria, átfolyási idő, stb.).
11. Templátok felhasználása pórusos anyagok előállítására:
Lágy és kemény templát; szintézis, jellemzők, a porozitáshoz társuló új tulajdonságok, alkalmazások.
12. Nanocsövek (szén, bór, arany, stb) és szén allotrópok (grafén és származékai):
Előállítás, fizikai és kémiai tulajdonságok.
13. Szerves és szervetlen aerogélek, pórusos polimerek:
Előállítás, a porozitáshoz társuló új tulajdonságok (piezoelektromosság, hőszigetelés és vezetőképesség, stb.), alkalmazások.
14. Fémorganikus térhálók (MOFok):
Több vegyértékű fémionok és szerves ligandumok 2-3 dimenziós önszerveződő pórusos rendszere. A porozitáshoz társítható új tulajdonságok (rugalmas porozitás, mágnesesség), alkalmazások.

LABORATÓRIUMI GYAKORLAT (3 x 4 óra):
1.    Mágneses folyadékok előállítása
2.    Polimerek 3D nyomtatása
3.    Elektrosztatikus szálképzés
4.    Polimer gélek előállítása és mechanikai tulajdonságaik vizsgálata

A megadott laboratóriumi gyakorlatokból a laborvezető a félév elején hármat jelöl ki.