Materials Science for Nanotechnology: Laboratory Practice

1. Newtoni és nem-Newtoni folyadékok reológia tulajdonságainak vizsgálata

A reológia folyással, áramlással foglalkozó tudomány. Ideális Newtoni folyadékok esetében a folyadékok viszkozitása nem függ a nyírófeszültségtől. Azonban nemideális viselkedésű folyadékok esetében a viszkozitás az alkalmazott nyírófeszültségtől függ.

A gyakorlat célja: dilatanciát, reopexiát illetve tixotrópiát mutató nem-Newtoni folyadékok  tanulmányozása illetve összehasonlítása a Newtoni folyadékokkal reométeren történő vizsgálatokkal.

2. Kompozitok mechanikai vizsgálata

Anyagaink jellemzéséhez és összehasonlításához elengedhetetlenül szükséges mechanikai viselkedésük tanulmányozása. A mechanikai tulajdonságok vizsgálata alkalmával a feszültség-deformáció függvényeket egyirányú összenyomással és/vagy nyújtással határozhatjuk meg. Ezen értékekből az anyagok rugalmassági modulusza számítható. A rugalmassági modulusz mellet, a vizsgálatok alkalmával a polimer kompozitok, műanyagok szakítószilárdságát is meg tudjuk határozni.  A gyakorlat kompozit anyagok mechanikai viselkedést INSTRON típusú rugalmassági moduluszmérő készülékkel tanulmányozzuk.

3. Kolloid részecskék elektroforetikus mozgékonyságának tanulmányozása

A mérés célja, hogy szervetlen elektrolitok hatását tanulmányozzuk kolloid részecskék elektroforetikus mozgékonyságára. A hallgatók a mérésvezető által kiadott vizes közegű szolból olyan mintasorozatot készítenek, amelyben azonos szoltöménység mellett eltérő a vizsgálatra kiadott szervetlen elektrolitok koncentrációja. Zetaméterben meghatározzák a preparált minták a részecskéinek elektroforetikus mozgékonyságát, és számítják az elektrokinetikus potenciált. Az eredményeiket értelmezik.

4. Kalorimetria

A kalorimetria az anyagok állapotváltozásaival együtt járó hőeffektusok mérésével foglalkozik. A „differenciál scanning kalorimetria” (DSC) a hőmérsékletváltozás során bekövetkező hőeffektusok mérésére alkalmas.  A laboratóriumi gyakorlat során SETARAM MicroDSC III. készüléket használunk, amellyel -20 és +110 °C között végezhető kalorimetriás és DSC mérés. A laboratóriumi gyakorlat célja: különböző anyagok, olvadékok kristályosodási hőjének, valamint folyadékok elegyedési hőjének meghatározása.

5. Latex részecskék méretének és méreteloszlásának meghatározása dinamikus fényszóródással

A szórással történő szerkezetvizsgálat lényege, hogy egy λ hullámhosszúságú sugárnyaláb egy ismeretlen belső szerkezetű anyagra esik, ahonnan kölcsönhatás után kilép. A nyaláb egy része irányváltoztatás nélkül továbbhalad, a sugár másik része pedig szóródik. Ezek az elhajlást szenvedett sugárnyalábok interferálnak, ha a vizsgált anyagban valamilyen szabályosság van. Ez a jelenséget kihasználva vizsgáljuk latex részecskék méretét és méreteloszlását dinamikus fényszóródás méréssel.

6. Félvezető kolloidok előállítása és optikai tulajdonságainak tanulmányozása optikai spekroszkópiai módszerrel

A mérés célja, hogy félvezető nanorészecskék méretkvantált tulajdonságáról nyerjünk felvilágosítást. A hallgatók a gyakorlat első részében félvezető fém-oxidok lioszolját állítják elő, majd UV-Vis spektrofotométerben felveszik az előállított szol abszorbciós spektrumát. Az abszorbciós élből meghatározzák a részecskék tiltott sáv energiáját, és következtetést vonnak le a részecskék méretére.

7. Pórusos rendszerek pórusméret-eloszlásának vizsgálata

A mérés célja a gázadszorpciós izotermákból a pórusok hierarchiájára, alakjára és méreteloszlására utaló információk kinyerése és értelmezése. A mérés az AUTOSORB-1 automatikus volumetrikus berendezésen történik, a kiértékeléshez szolgáló software-t a helyszínen biztosítjuk.

8. Vízgőzadszorpció

nanorészecskék ill. porózus anyagok felületi hidrofilitásának ill. hidrofobitásának jellemzése vízgőzadszorpciós izotemájuk alapján. A mérés a HYDROSORB automatikus volumetrikus berendezéssel történik.