Nanotudomány

Az előadások tematikája heti bontásban:

1          Bevezetés. A nanotudomány által használt fogalmak definiálása. A nano mint mérettartomány. A fizikai tulajdonságok megváltozása a nano-méretskálán (újdonságok a nanovilágban). Az anyagok felépítése, bottom-up megközelítésben.

2          A geometriai skálázás hatásai. A top-down tervezés skálázási problémái. Makroszkopikus fizikai jellemzők (mechanikai, elektromos, egyéb), ezek mikroszkopikus értelmezése.

3          Szilárdtest fizikai alapok. Alapvető kvantummechanikai jelenségek, problémák és megoldásuk.

4          Transzportfolyamatok, Boltzmann Transzport Egyenlet. Diffúzió nanoméretekben. Félvezetők elmélete, a szilárdtest alapú eszközök modellezéséről. Quantum-dot alapú elektronika.

5          Egy-, két- és háromdimenziós nanoobjektumok. Nanostruktúrák osztályozása anyaguk alapján, az egyes csoportok fő „nano” jellegzetességei (fémek, elemi félvezetők, vegyület félvezetők, oxidok, stb.).

6          Nanoszerkezetek, nanoanyagok előállítási módszerei: gőzfázisú és szilárdfázisú eljárások.

7          Előállítási technológiák folytatás: folyadékfázisú módszerek, önszerveződő rendszerek (self-assembly). A nanolitográfia lehetőségei.

8          A szén allotrop módosulatai (gyémánt, grafit, fullerének, nanocsövek, grafén). Kristálytani leírás. Szilárdtestfizikai jellemzők. Előállítási technológiák.

9          A nanocsövek és grafén alkalmazási területei: Elektronikai (passzív és aktív) építőelemek. Szén alapú kompozitok, ezek mechanikai tulajdonságai. Grafén alapú elektronika (víziója), a grafén alkalmazása kijelzőkben. Nanocsövek alkalmazása a szenzorikában.

10      Különleges anyagi rendszerek. Biomolekulák. A DNS mint nano-építőelem. A fehérjék felépítése. Szerves és szervetlen nanorendszerek együttműködése. A bioszenzorika alapjai.

11      Nanoanyagok vizsgálati lehetőségei – áttekintés. A mikroszkópos eljárások alapjai, a felbontóképesség korlátai az egyes eljárásoknál.

12      A pásztázó és transzmissziós elektronmikroszkópia (SEM és TEM) alapjai. A pásztázó tűszondás mikroszkópia (SPM) alapjai. Atomerő mikroszkópia (AFM).

13      Haladó SPM eljárások. Erőtér mikroszkópiák (elektrosztatikus, mágneses, Kelvin, stb.). Mechanikai tulajdonságok mérése a nano-méretskálán. Optikai közeltér-mikroszkópia.

14      Spektroszkópiai módszerek (SEM-EDS, XRF, XPS, AES, Raman-spektroszkópia, SERS, FT-IR) alapjai, az egyes eljárások előnyei, hátrányai.