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, polimer gélek:

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 gélek 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: felületmérési és pórusméreteloszlási módszerek összehasonlító elemzése, korlátok és komplementaritás (mikroszkópiás módszerek, adszorpció, szórási módszerek, higanyporozimetria, átfolyási idő, stb.)

11. Szerves és szervetlen aerogélek

Előállítás, a porozitáshoz társuló új tulajdonságok (piezoelektromosság, hőszigetelés és vezetőképesség, stb.), alkalmazások.

12. Rendezett porozitású anyagok:

 (MCM, zeolitok, nanocsövek: szén, nemesfém, bórtartalmú, stb.): szintézis, jellemzők, a porozitáshoz társuló új tulajdonságok, alkalmazások

13. Pórusos polimerek (fémorganikus rendszerek: MOF):

Több vegyértékű fémionok és szerves ligandumok 2-3 dimenziós önszerveződő pórusos rendszere. A porozitáshoz társítható új tulajdonságok (rugalmas porozitás, mágnesesség), alkalmazások 

LABORATÓRIUMI GYAKORLAT:

Laboratóriumi gyakorlat (6x4óra)

A laboratórium vezetője a laboratóriumi gyakorlatok tárgyköréből a tematikában felsorolt gyakorlatok közül 6 elvégzését jelöli ki a félév első laboratóriumi gyakorlatán.

1. Mágneses folyadékok előállítása

A gyakorlat során csapadékképződéssel járó reakcióval mágneses részecskék előállítása és stabilizálása történik folyadék fázisban.

2. Mágneses kompozitok előállítása és mechanikai tulajdonságainak vizsgálata.

A gyakorlat során anozitrop mechanikai tulajdonságokkal rendelkező polimer gél kompozit előállítása történik. A feszültség-deformáció függvények felvétele, a kompozit rugalmassági moduluszának meghatározása.

3. Elektroreológiai folyadékok előállítása és vizsgálata

A hallgatók megadott recept alapján elektroreológiai folyadékot állítanak elő. Inhomogén térben tanulmányozzák a részecskék elmozdulását. Homogén teret alkalmazva a láncszerű aggregátumok kialakulását optikai mikroszkóppal tanulmányozzák.

4. Emlékező fémek tanulmányozása

Az alakmemóriával rendelkező anyagok az intelligens anyagok nagy, önálló csoportját alkotják. A gyakorlat során nikkel-titán emlékező fém alakjának, deformációjának és terhelhetőségének hőmérsékletfüggését tanulmányozzuk.

5. Vékony, reszponzív bevonat előállítása

A hallgatók megadott recept alapján cink- vagy titán-dioxid alapú vékony bevonatokat állítanak elő transzparens hordozón szol-gél eljárással. A bevonatot a gyakorlatvezető által megadott hőmérsékleten és ideig kondicionálják, majd optikai spektroszkópiai módszerrel tanulmányozzák a bevonatom fényáteresztését. A preparátumokat azután sötétben tárolják.

6. Reszponzív bevonat nedvesedés vizsgálata, peremszög mérés

A hallgatók a korábban előállított és sötétben tárolt, félvezető anyagú bevonatok nedvesedési tulajdonságát víz peremszög méréssel jellemzik. Ezután a bevonatokat a mérésvezető által megadott ideig UV-sugárzásnak teszik ki, majd ismét meghatározzák a felületek nedvesíthetőségét. Tapasztalataikat összefoglalják és értelmezik.

7. Pórusméreteloszlás meghatározása

A gyakorlat során mezopórusos anyag pórusméret-eloszlását vizsgáljuk alacsony hőmérsékletű nitrogéngőz adszorpcióval.

8. Vízgőzadszorpció aerogélen

A pórusos anyagok felhasználását a tárolási körülmények jelentősen befolyásolhatják. Leggyakoribb probléma a levegő nedvességtartalma. Ennek hatásátvizsgáljuk szervetlen és szerves aerogélek esetén a vízgőzadszorpciós izotermából nyert információ alapján.