A tantárgyleírás hatályossága
| Tantárgy neve (magyarul, angolul) |
Nanotudomány
Nanoscience
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tantárgykód | BMEVIETMA14 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | vizsga | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 5 | ||||||||||||
| Tantárgyfelelős |
DR. Bonyár Attila
beosztás: egyetemi tanár
elérhetőség:
bonyar.attila@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység |
Elektronikai Technológia Tanszék
|
||||||||||||
| Kar | Villamosmérnöki és Informatikai Kar | ||||||||||||
| Tantárgy weboldala | — | ||||||||||||
| 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
Az előadások tematikája:
1. Bevezetés, a nanotudomány elhelyezése, fontosabb eddigi eredményei. A nanotudomány által használt fogalmak definiálása. A nano mint mérettartomány különlegességei. Az anyagok felépítése bottom-up megközelítésben.
2. A fizikai tulajdonságok megváltozása a nano-méretskálán. A geometriai skálázás hatásai. A top-down tervezés skálázási problémái. Makroszkopikus fizikai jellemzők (mechanikai, elektromos, optikai, termikus, mágneses), ezek mikroszkopikus értelmezése (újdonságok a nanovilágban).
3. Bevezető a kvantummechanikáról, kvantummechanikai problémák és megoldásuk: A kvantummechanika alapelveinek áttekintése, egyszerű problémák esetében a megoldás menete és eredménye.
4. Szilárdtestfizikai alapok: Hogyan jutunk el a szilárdtestfizika villamosmérnöki szempontból lényeges modelljeihez és a kapott eredmények értelmezéséhez.
5. Félvezetők elmélete Áramvezetés jelensége a félvezetőkön belül. A különböző jellegű félvezetők közötti különbségek és a makroszkópikus egyenletek előállítása.
6. Nanoszerkezetek, nanoanyagok előállítási módszerei 1: gőzfázisú módszerek. Fizikai és kémiai gőzfázisú rétegleválasztás, valamint kondenzáció és ezek speciális változatai (pl. PVD, CVD, CCVD, ALD, GPC, CVC). Lézeres abláció, kriogénolvasztás, permethőbontás.
7. Nanoszerkezetek, nanoanyagok előállítási módszerei 2: folyadékfázisú módszerek. Nanorészecskék előállítása szol-gél eljárással. Alak- és méretkontrollált kémiai redukció. Felületkémia, önszerveződő rétegek, bevonatok. Elektrokémiai és árammentes rétegleválasztás.
8. Nanoszerkezetek, nanoanyagok előállítási módszerei 3: nanolitográfia 1. A projekciós és direktírásos litográfiák alapelvei, a felbontóképesség korlátjai. Optikai (UV) litográfia, röntgen-litográfia, elektronsugaras és ionsugaras eljárások.
9. Nanoszerkezetek, nanoanyagok előállítási módszerei 4: nanolitográfia 2. Haladó litográfiás eljárások. Nanoimprint litográfia és replikáció. Lézerinterferencia litográfia. Litográfia pásztázó tűszondás mikroszkópokkal (STM, AFM). Nanodiszpenzálás.
10. Szén allotróp módosulatai: fullerének, nanocsövek, grafén. Kristálytani leírás, fizikai tulajdonságok, főbb előállítási technológiák. Megvalósult és potenciális alkalmazási területek a nanoelektronika, szenzorika, kijelzők, kompozit anyagok stb. terén.
11. Nanoanyagok vizsgálati lehetőségei, a nanometrológiai eljárások áttekintése. A mikroszkópos eljárások alapjai, a felbontóképesség korlátjai az egyes eljárásoknál. A pásztázó tűszondás mikroszkópok működése (STM, AFM).
12. Elektronsugaras mikroszkópos eljárások áttekintése. A pásztázó és transzmissziós elektronmikroszkópia (SEM és TEM) alapjai, lehetőségei és korlátjai. Anyag elektron kölcsönhatás, származtatott jelek, detektortípusok és képalkotási módok.
13. Az anyagösszetétel vizsgálat lehetőségei a nano-méretskálán. Spektroszkópiai módszerek (SEM-EDS, XRF, XPS, AES, Raman-spektroszkópia, SERS, FT-IR) alapjai, az egyes eljárások előnyei, hátrányai.
A gyakorlatok tematikája:
1. Transzportegyenlet megoldása, számítógépes modellezéséről: A transzportfolyamatok megoldásának különböző modelljei, megoldásuk számítógépes környezetben.
2. Szerves nanoszerkezetek, biomolekulák nano tulajdonságai 1: Részecske mérettartományok, 3 + 1 kvantumkölcsönhatás; Az anyag(ok) és a tér „természete” applikációs szempontokból; Diffúzió & ütközések; Poláros-apoláros molekulák; Elektronegativitás; Redukálás-oxidálás; Elektrokémiai potenciál; Víz és savi disszociáció; pH; Kémiai szerkezeti képletek szabályai; Kötéstávolság.
3. Szerves nanoszerkezetek, biomolekulák nano tulajdonságai 2: A C tetraéder; Szigma és pi molekulapálya; Enantioméria; Főbb szerves funkciós csoportok; Szerves anyagok 4 csoportja; Amfifil molekulák; DNS szerkezet és bioreceptorszőnyeg példa; Fehérjék 4 szerkezeti szintje; A peptidkötés; Fehérje bioreceptorszőnyeg példa; A sejt életfolyamatai; Ki- és bekapcsolható gének; Poliriboszóma.
4. Fémes nanoszerkezetek optikai tulajdonságai. Nanoplazmonika, felületi és lokalizált plazmon rezonancia (SPR, LSPR) és alkalmazásai. Bevezetés a bioérzékelőkbe, plazmonikus elvű bioérzékelők fejlesztésének aktuális kérdései K+F projektek példáin keresztül.
5. Nanoanyagok és nanoszerkezetek alkalmazása az elektronikában, illetve elektronikai szereléstechnológiában. Nanopackaging példák. Nano-vezetékezés (interconnections), nano-forraszok és ragasztók. Additív gyártástechnológiák nanoanyagokkal.
6. Haladó pásztázó tűszondás mikroszkópos eljárások. Erőtér mikroszkópiák (elektrosztatikus, mágneses, Kelvin, stb.). Mechanikai tulajdonságok mérése a nano-méretskálán. Optikai közeltér-mikroszkópia. AFM-képek értelmezése és feldolgozása példákon keresztül.
7. Laborlátogatás. A BME-ETT nanometrológiai infrastruktúrájának megismerése. AFM, SEM, XRF, FT-IR demonstrációs mérések. A bioérzékelők és mikrofluidika labor kompetenciának megismerése. 3D-nyomtatás, mikrofluidika és bioérzékelős demonstrációk.
Tanulmányi eredmények
Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:
Tudás
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Képességek
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Attitűd
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Autonómia és felelősség
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Oktatási módszertan
Tanulástámogató anyagok
Online források
A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek
Általános szabályok
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
Ajánlott tantárgyak
A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka
Nincs megadva munkaidő bontás.
Tantárgykövetelmények hatályossága
Tantervi elhelyezés
Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.