Bevezetés a nanotechnológiába

Introduction to Nanotechnology

A tantárgyleírás hatályossága

Hatályosság kezdete:

2026. March 21.

Hatályosság vége:

—

Tantárgy neve (magyarul, angolul)

Bevezetés a nanotechnológiába

Introduction to Nanotechnology

Tantárgykód

BMEVEFAM203

Tantárgyjelleg

—

Képzési szint

—

Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves)

Kurzustípus	elmélet	gyakorlat	laboratóriumi gyakorlat
óraszám (heti)	2	0	0
jelleg (kapcsolt/önálló)	—	—	—

Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa

félévközi érdemjegy

Tantárgy kreditértéke

Tantárgyfelelős

DR. Hórvölgyi Zoltán Dezső

beosztás: egyetemi tanár

elérhetőség: horvolgyi.zoltan@vbk.bme.hu

Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység

Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék

Kar

Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar

Tantárgy weboldala

http://teams.microsoft.com

Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege

—

Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel

nincs

Célkitűzés

Tantárgyprogram

1. A nanotechnológia kialakulása és jelentősége. A nanotechnológia filozófiája, a természeti jelenségek utánzása, miniatürizálás, önszerveződés. A nanotechnológiát megalapozó nanotudományok: kémia, fizika és biológia. A szerkezeti anyagoktól a multifunkcionális és reszponzív anyagokig.

2. Vizsgálati módszerek: optikai, mechanikai, elektro-mágneses és szerkezeti tulajdonságok jellemzése (alkalmazás nanorészecskékre, vékonyrétegekre és makroszkopikus fázisokra)

3. A nanoszerkezetű halmazok építőkövei a nanorészecskék: méretkvantált nanorészecskék (fizikai és kémiai tulajdonságok), nanopálcikák, nanocsövek és nanodrótok; fullerének és szén nanocsövek. Gyakorlati alkalmazások.

4. Nanorészecskék előállítása kívánt méretben és alakban. Nedves kolloidkémiai eljárások. Kontrollált hidrolízis, nanoreaktorok.

5. Nanoszerkezetű halmazok fabrikálása nedves kémiai és nanofizikai eljárásokkal („bottom-up” és „top-down” technikák): önszerveződő nanorészecskék, rétegenkénti építkezés, hierarchikus szerkezetű anyagok, szol-gél technikák.

6. Mikro- és mezopórusos anyagok, modern kerámiák, membránok. Periodikus struktúrák, nanokompozitok, Gyakorlati alkalmazások.

7. Nanomorfológiájú felületek. Naonolitográfia. Mikro- és nanofluidika. Szuperhidrofobitás. Reszponzív felületi viselkedés. Katalízis.

8. Lágy anyagok, gélek. A gélek előállításának és stabilitásának fontosabb szempontjai. Gélek tulajdonságainak jellemzése. A gélek duzzadási tulajdonságainak szerepe reszponzív anyagok létrehozásában.

9. Biológiai anyagok. Membrán mimetikus kémia. A nanobiotechnológia fontosabb területei. Funkcionális nanorészecskék szerepe a diagnosztikában és terápiában. Fehérjemolekulák, mint nanomotorok.

10. Önszerveződő organikus anyagok és Langmuir–Blodgett-filmek. Egyszerű amfipatikus molekulák önszerveződése határfelületeken. Blokk kopolimerek önszerveződése oldatokban és felületeken. Az önszerveződő molekuláris rendszerek gyakorlati jelentősége.

11. Speciális nanoeszközök: szenzorok és napelemek. Nanostrukturált szenzorok működésének alapjai, gyakorlati példák. A Gratzel-féle fotovoltaikus cella. Nanokristályos és hibrid (anorganikus-organikus) napelemek.

12. Veszélyes-e a nanotechnológia? Társadalmi és élettani hatások.

A nanotechnológia szót Norio Taniguchi használta először 1974-ben azon folyamatok elnevezésére, amelyek során az anyagot nanométeres skálán manipuláljuk. Ma a fogalom (a nano-biotechnológiával együtt) magába foglalja mindazokat az eljárásokat, amelyek során előállítjuk, jellemezzük és működtetjük a nanoléptékben strukturált halmazokat. Az ily módon előállított eszközök, ill. rendszerek már ma is széles körben alkalmazhatók: az elektronikában és optikában (pl. nanokristályos napelemek), a gyógyszer- és kozmetikai iparban, a környezetvédelemben, valamint előnyös tulajdonságokkal rendelkező polimer mátrixok kialakításában. A kémia nanotechnológiai jelentőségét két aspektusból lehet megragadni: egyrészt a nanotechnológiai eszközök működését biztosító szerkezet kémiai úton történő kialakításának, másrészt a nanotechnológiai eszközökben és folyamatokban fellépő kémiai, fizikai-kémiai kölcsönhatásoknak a szemszögéből. Előadásunk célja, hogy sok gyakorlati példával rámutassunk a nano(bio)technológia jelentőségére, valamint, hogy bemutassuk a kémia szerepét és lehetőségeit a nanotechnológiák kifejlesztésében.

Tanulmányi eredmények

Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:

Tudás

Elsajátítja a vegyészmérnöki szakma számára is fontos kolloidkémia és nanokémia elméleti és gyakorlati vonatkozású ismereteit. Ismeri a vegyiparban és a kémiai technológiákban alkalmazott és előállított fontosabb nanoanyagok tulajdonságait, alkalmazási területeit. Ismeri a nanoanyagok és nanotechnológiai eljárások kifejlesztésének lehetőségeit, jellemző módszereit. Az oktatott tárgyban közölt ismeretek hozzájárulnak fenti ismeretek elsajátításához. Méréselméleti, méréstechnikai, analitikai és anyagvizsgálati ismeretekkel rendelkezik olyan kolloidkémiai és nanokémiai területeken, amelyek szorosan kapcsolódnak a kémiai technológiákhoz. Ismeri a nanotechnológiai fejlesztések új kihívásait és legmodernebb eredményeit, azok megközelítéseit. A tárgykörben szerzett ismeretei ehhez hozzájárulnak. A tárgykörben szerzett ismeretei ehhez hozzájárulnak. Ismeri a nanotechnológiai eljárások és technológiák kutatásához szükséges alapvető analitikai és szerkezetvizsgálati módszereket. Ez alapvető elvárás.

Képességek

Kolloidkémiai és nanokémiai ismereteit alkotóan képes alkalmazni a vegyészmérnöki szakterületen adódó feladatok megoldása során. A kémiához és kémiai technológiához kapcsolódó nanokémiai és kolloidkémiai területeken képes a fentiekre. A tárgykörben szerzett ismeretei ehhez hozzájárálulnak. A nanotechnológiai fejlődésével kapcsolatos ismeretek dinamikus fejlődését megismerve késztetést érez új, korszerű és innovatív eljárások alkalmazására. A tárgykörben elsajátított ismeretei hozzájárulnak fentiek teljesüléséhez mérések elvégzéséhez, értékeléséhez, valamint a fejlesztés részfeladatainak elvégzéséhez. A tárgykörben elsajátított ismeretei hozzájárulnak a fenti feladatok megoldásához. A számonkérési folyamat inspirálja a hallgatót a csoportmunkára. A számonkérési folyamat inspirálja a hallgatót a problémakezelésre és összetett feladatok rugalmas megoldására, továbbá az élethosszig tartó tanulásra. A tárgykörben elsajátított ismeretei hozzájárulnak a fenti feladatok megoldásához.

Attitűd

A tárgykörben elsajátított ismeretei példáján fontosnak tartja a fenntarthatósági, környezetvédelmi és energiahatékonyság szempontjainak érvényesítését az új eljárások bevezetésében. Elvárás a feladatok magas szinten történő megvalósítása. A számonkérési folyamat inspirálja a hallgatót, mind az önálló, mind a csoportmunkára. A tárgykörben elsajátított ismeretei alapján késztetést érez, hogy új kutatási, fejlesztési és innovációs célokat tűzzön ki munkája során, és hogy új ismeretekkel gyarapítsa szakterületét. A nanotechnológiai ismeretek dinamikus fejlődését megismerve késztetést érez, hogy folyamatosan tovább képezze magát. Ez elvárás a tárgy eredményes elsajátítása során. Ez elvárás a tárgy eredményes elsajátítása során. Az előadások során folytatott diszkussziók elősegítik ennek kialakulását.

Autonómia és felelősség

Ez elvárás a hallgató felé. A tárgy ismeretanyaga mintegy megalapozza ezt az elvárást. A szóban forgó tárgy elsajátítása során felismeri a különböző szakemberekkel folytatott eszmecserék fontosságát a döntések kialakítása során. Elvárás, hogy az előadásokon olyan kérdéseket tegyen fel oktatójának, melynek megválaszolása társai tudását is gyarapítja.

Oktatási módszertan

Előadás, projekt szemléletű oktatás. Hallgatói előadások a tematika szerint meghatározott irodalomból történő felkészülést követően.Emellett az évközi beszámolók előtt konzultációt tartunk előre kiadott kérdések alapján.

Tanulástámogató anyagok

Online források

Elektronikus formában meglévő előadási anyag; Charles P. Poole, Jr., Frank J. Owens: Introduction to Nanotechnology, John Wiley & Sons, Ltd., 2003 Geoffrey A. Ozin and André Arsenault: Nanochemistry: A Chemical Approach to Nanomaterials. Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2005, ISBN: 0 85404 664 X; Jeremy J. Ramsden: Nanotechnology, An Introduction, Elsevier, 2016 (second edition)

A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek

Tudás típusú kompetenciák

(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

nincs

Képesség típusú kompetenciák

(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

nincs

Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák

(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)

fizika, szervetlen kémia, szerves kémia, fizikai kémia, kolloidika.

Általános szabályok

Követelmények: A szorgalmi időszakban: a félév során a diákok három zárthelyi dolgozatban számolnak be tudásukról. A zárthelyik érdemjegyeinek számtani átlaga adja a végső érdemjegyet. A hallgatói előadások megtartása kötelező. Pótlási lehetőségek: a TVSz szerint. Minden zárthelyi dolgozatot pótolni lehet. Konzultációk: Minden, a zárthelyit megelőző előadás utolsó részében, és bármikor az oktatóval előre megbeszélt időpontban.

Teljesítményértékelési módszerek

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya

Nincs megadva részarány.

Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Vizsgarészek részaránya

Nincs megadva részarány.

Érdemjegy megállapítása

Nincs megadva érdemjegy határ.

Jelenléti és részvételi követelmények

Nincs megadva jelenléti követelmény.

Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai

Nincs megadva.

Rövid leírás

Nincs megadva.

Részletes leírás

Név: Beosztás: Tanszék, Int.: Dr. Hórvölgyi Zoltán egy. tanár FKAT

Ajánlott tantárgyak

28 óra előadás és 30 óra otthoni felkészülés.

A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka

Nincs megadva munkaidő bontás.

Tantárgykövetelmények hatályossága

Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:

—

Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:

—

Tantervi elhelyezés

Kar	Képzés	Tanterv	Mintatantervi jelleg	Elsődleges
Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar	vegyészmérnöki	Vegyészmérnöki mesterképzési szak tanterve	kötelező	nem
Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar	vegyészmérnöki	Vegyészmérnöki mesterképzési szak tanterve	kötelező	nem
Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar	vegyészmérnöki	Vegyészmérnöki mesterképzési szak tanterve	kötelező	nem
Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar	műanyag- és száltechnológiai mérnöki	Műanyag- és száltechnológiai mérnöki mesterképzési szak tanterve	—	nem