A nanotechnológia kolloidkémiai alapjai

I. Bevezetés

A kolloidika történeti kialakulása, helye a társtudományok között. A kolloid rendszerek

definíciója, osztályozása, főbb jellemzőik. Mikrofázisok, asszociációs kolloidok, makromolekulás

oldatok. Koherens és inkoherens rendszerek. Kolloidok a gyakorlatban.                                2 óra

II. A nanotechnológia eredete, tárgya és várható hatásai. Funkcionális és reszponzív anyagok.

Interdiszciplinaritás: nanobiotechnológia. Kapcsolata a kolloidkémiával.                                  2 óra

III. Diszperziók stabilitása

Termodinamikai és kinetikai stabilitás. Felületi töltés kialakulása vizes és nemvizes közegben. Az

elektromos kettõsréteg szerkezete. Zéta-potenciál.                                                                 2 óra

Vonzó és taszító kölcsönhatások: a DLVO-elmélet. Kritikus koaguláltató koncentráció.

Üledéktérfogat és adhézió. Koagulációkinetika. A DLVO-elmélet korlátai.                 2+2 óra

Diszperziók stabilitása makromolekulás- és tenzidoldatokban. Védőkolloidok. Hídképző- és

kiszorulásos flokkuláció. Strukturális erők: hidrofób vonzás és szolvatációs taszítás. Peptizálás.

Ostwald-Buzágh-féle üledékszabály.                                                                          2+2 óra

IV. Diszperziók elõállításának elvi alapjai. A kondenzáció gátoltsága. Weimarn-szabály.

Részecskenagyság jellemzése: méreteloszlás függvények.                                                        2+2 óra

A részecske méret meghatározásának módszerei. Ozmózis és ülepedés. A kolloid rendszerek

fényszórása (Tyndall-jelenség, Rayleigh-féle-modell)                                                   2 óra

V. Emulziók, mikroemulziók, habok

Előállítás; a megszűnés részfolyamatai, a stabilitás befolyásolása. Vizsgálati módszerek,

alkalmazások.                                                                                                            2 óra

VI. Reológia

Reológiai alapfogalmak. Ideálisan rugalmas, viszkózus és plasztikus testek reológiai viselkedése.

Híg diszperziók és makromolekulás oldatok viszkozitása. Tömény diszperziók reológiája:

szerkezeti belső súrlódás, dilatancia, tixotrópia.                                                                       2 óra

VII. Határfelületek

Folyadék-gáz határfelület: felületi feszültség. A felületi feszültség mérése. Oldatok felületi

feszültsége, adszorpció.                                                                                                           2 óra

Görbült folyadékfelszín, kapilláris jelenségek: kapilláris nyomás, kapilláris emelkedés, gőztenzió,

Ostwald-féle öregedés.                                                                                                          2 óra

Szilárd felületek: elegy-és gőzadszorpció. Porózus adszorbensek.                                           2+2 óra

Kémiai felületmódosítás. Nedvesedés: peremszöghiszterézis, kritikus felületi feszültség.

Szuperhidrofobitás, reszponzív felületek.                                                                                 2 óra

VIII. Amfipatikus molekulák (tenzidek), asszociációs kolloidok

Az asszociációs kolloidok keletkezése és az asszociátumok típusai (micellák, vezikulák,

liposzómák); kritikus micellaképződési koncentráció; szolubilizáció, inverz micella; HLB-érték;

gyakorlati jelentőség.                                                                                                 2 óra

IX. Nanorészecskék speciális (elektromos, mágneses, optikai, katalitikus) tulajdonságokkal:

méretkvantált hatások. Kompozit (mag-héj típusú és funkcionális) nanorészecskék jelentősége és

előállításának új módszerei. Nanorészecskék biológiai és gyógyászati jelentősége.       2 óra

A nanostrukturáltság jelentősége. Önszerveződés. Filmek és vékonyrétegek előállításának

kolloidkémiai módszerei (Langmuir-Blodgett és szol-gél technika). Gélek, mint funkcionális

és reszponzív anyagok                                                                                                 2 óra

X. Nanotechnológiai alkalmazások: szenzorika, nanolitográfia, fotokatalízis. napelemek,

nanomasinák.                                                                                                                         2 óra

                                                                                       ________________________

                                                                                                                      Összesen:         42 óra

Emelt szint (a tárgykörbe tartozó külön ismeretanyag és/vagy az alapszintű ismeretek mélyebb összefüggéseinek elsajátítása)

Kolloid részecskék között ható erők kísérleti tanulmányozása;

Kapilláris kölcsönhatások;

Koaguláció kinetikája;

Polimer oldatok és gélek;

Makromolekulás oldatok fényszórása;

Reológiai vizsgálati módszerek;

Az asszociációs kolloid oldatok keletkezésének elmélete, liotróp folyadékkristályok;

Ülepedés centrifugális erőtérben;

Diffúzió kolloid rendszerekben, a részecske méret meghatározása;

Porok, szálak, pórusrendszerek nedvesedése, Hg-porozimetria;

Szilárd felületek felületi szabadenergiájának becslése, a kapillaritás paraméteres elmélete;

Oldhatatlan monomolekulás filmek (in situ) elektrokémiai, reológiai és optikai vizsgálatai;

Nanostrukturált vékonyrétegek szerkezetének vizsgálati módszerei (Brewster-szög

mikroszkópia, pásztázó szög reflektometria, UV-Vis spektroszkópia, ellipszometria);

Nanorészecskék és nanoszerkezetű halmazaik fotokatalitikus, valamint fotovoltaikus

alkalmazásának elméleti alapjai.

„Nefelejcs” szint (tantárgyhoz tartozó azon ismeretek, amelyek a vegyészmérnöki tudás

nélkülözhetetlen elemei, a tanulmányok során mindvégig, bármely tárgy keretében

számonkérhetők)

A kolloid rendszerek definíciója és osztályozása (fáziskolloidok és kolloid oldatok);

Részecskeméret eloszlási függvények;

Az elektromos kettősréteg, zéta-potenciál;

DLVO-elmélet, kritikus koaguláltató koncentráció;

Védőkolloidok;

Emulziók és habok stabilitása;

Ozmózis kolloid rendszerekben;

Ülepedés és üledéktérfogat;

Tyndall-jelenség

Oldatok felületi feszültsége (kapilláraktív és kapillárinaktív anyagok);

Adszorpció, adszorbens, adszorptívum, adszorpciós izoterma, fajlagos felület;

Peremszög, peremszöghiszterézis; Hidrofób és hidrofil felületek;

Amfipatikus molekulák, micellák, kritikus micellaképződési koncentráció; szolubilizáció;

Reológiai alapfogalmak: dinamikai viszkozitás, szerkezeti belső súrlódás, dilatancia, tixotrópia;