Nanomaterials I - NEVF535

• Title: Nanomateriály I
• Guaranteed by: Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2021
• Semester: both
• E-Credits: 3
• Hours per week, examination: 2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech, English
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Note: you can enroll for the course in winter and in summer semester
• Guarantor: prof. RNDr. Jana Kalbáčová Vejpravová, Ph.D.

Annotation

English

Last update: T_KEVF (24.05.2007)

Preparation of nanocrystals, Microstructure, processing, thermodynamics and kinetics, electrical and optical properties, Magnetic properties. Methods of the characterization of nanomaterials. Selected applications of nanomaterials

Czech

Last update: T_KEVF (24.05.2007)

Příprava nanomateriálů, Mikrostruktura, zpracování, termodynamika a kinetika, elektrické a optické vlastnosti, magnetické vlastnosti. Metody studia nanomateriálů, Vybrané aplikace nanomateriálů

Course completion requirements

English

Last update: Mgr. Kateřina Mikšová (24.02.2022)

The condition for completing the course is successful passing of the exam.

Czech

Last update: doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. (14.06.2019)

Podmínkou zakončení předmětu je úspěšné složení zkoušky.

Literature

English

Last update: Mgr. Kateřina Mikšová (23.02.2022)

Nanomaterials, Synthesis, Properties and Application. Ed. By A S Edelstein and R Cammarata. Inst. of Physics Publishing, 1996

G.A. Ozin, A.C. Arsenault, Nanochemistry, RSC Publ. Cambridge, 2005

S.Reich, C. Thomsen, J. Maultzsch, Carbon Nanotubes, Wiley, Darmstadt, 2003

Z Weiss, G. Simha-Martynková, O. Šustai, Nanostruktura uhlíkových materiálů, VŠB TU Ostrava, 2005

G. Gao, Nanostructures and Nanomaterials, Imperial College Press, London, 2006

Y. Gogotsi, Nanomaterials Handbook, CRC Taylor and Francis, New York, 2006

J. Cejka and N. Zilkova, "Synthesis and Structure of Zeolites" Chemické Listy, Issue 5, Vol. 94 (2000) p. 278

Czech

Last update: T_KEVF (24.05.2007)

Nanomaterials, Synthesis, Properties and Application. Ed. By A S Edelstein and R Cammarata. Inst. of Physics Publishing, 1996

G.A. Ozin, A.C. Arsenault, Nanochemistry, RSC Publ. Cambridge, 2005

S.Reich, C. Thomsen, J. Maultzsch, Carbon Nanotubes, Wiley, Darmstadt, 2003

Z Weiss, G. Simha-Martynková, O. Šustai, Nanostruktura uhlíkových materiálů, VŠB TU Ostrava, 2005

G. Gao, Nanostructures and Nanomaterials, Imperial College Press, London, 2006

Y. Gogotsi, Nanomaterials Handbook, CRC Taylor and Francis, New York, 2006

J. Cejka and N. Zilkova, "Synthesis and Structure of Zeolites" Chemické Listy, Issue 5, Vol. 94 (2000) p. 278

Requirements to the exam

English

Last update: prof. RNDr. Jana Kalbáčová Vejpravová, Ph.D. (24.02.2022)

The course ends with an exam. The exam is oral. The requirements for the exam correspond to the syllabus to the extent that was presented at the lecture.

Czech

Last update: doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. (14.06.2019)

Předmět je zakončen zkouškou. Zkouška probíhá ústní formou. Požadavky ke zkoušce odpovídají sylabu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Syllabus

English

Last update: T_KEVF (24.05.2007)

1. Introduction
1.1 Structure of classic crystals and nanocrystals, fotonic crystals, nanowires, nanodesky, Q-crystals.

1.2 Electronic structure of macroscopic crystals and nanocrystals

2. Preparation of nanocrystals
2. 1. Formation of nanoparticles

Physical and chemical methods, Classical nucleation theory, Laser vaporization and laser photolysis of organometalic compounds, coalescence, coagulation and size distribution, mechanical attrition (high energy ball milling), mechanochemistry,

2.2. Particle synthesis by chemical route

Nucleation and grow from solution, aqueous methods, colloids, micelles, polymers, glasses, non-aqueous methods, ceramics, composites, spray pyrolysis

2.3 Sol-gel methods, supramolecular templates, solvotermal recrystalisation

Alkoxide solution routes, colloidal sols and suspensions, aging and syneresis of gels, multicomponent oxides, Microporous monoliths, Infiltrated composites, citrates route, consolidation of nanomaterials by compaction and sintering.

2.4 Self-assembled nanostructures, LB films

2.5 Thin layers: CVD, PVD, MBE

3. Examples of nanomaterials
Microstructure, processing, thermodynamics and kinetics, electrical and optical properties, Magnetic properties.

3.1 Magnetic nanoparticles and nanocomposites

Preparation methods, Monodomain particles, Superparamagnetismus, Critical size, Magnetic properties, Application.

3.2. Semiconductor nanoparticles.

Quantum confinement, Quantum dots, Nanostructured silicon, Semiconductor III-V and II-VI, Optical properties,

3.3. Zeolites, molecular sieves

3.4. Carbon nanomaterials

nanotubes, fulerens, nanodiamant, etc.

3.5. Oxidic nanomaterials

TiO2, ZnO, ternary oxides

4. Methods of the characterization of nanomaterials
4.1 Electron microscopy: SEM, TEM

4.2 Microscopy using scanning probe: STM, AFM, SNOM

4.3 Study of the porous structure: adsorption

4.4 Analyse of surface: XPS, AES

5. Selected applications of nanomaterials
5.1 Nanoelectronics , electrochromic a autoemission displays

5.2 Conversion and accumulation of energy: solar cells, battery, supercondensators, fuel cells, hydrogen industry

5.3. Self-cleaning and antibacterial materials

5.4 Nanomanipulation, nanomotors

5.5 Nanofibres, nanocomposites

5.6 Bioaplication, nanomedicine, sensors, health risks of nanomaterials

Czech

Last update: T_KEVF (24.05.2007)

1. Úvod
1.1 Struktura klasických krystalů a nanokrystalů, fotonické krystaly, nanodráty, nanodesky, Q-krystaly.

1.2 Elektronová struktura makroskopických krystalů a nanokrystalů

2. Příprava nanomateriálů
2.1. Vznik nanočástic

Fyzikální a chemické metody, klasická nukleační teorie, laserové naprašování a laserová fotolýza organometalických sloučenin, koalescence, koagulace a distribuce velikosti, mechanické rozrušování (vysokoenergetické mletí v kulovém mlýně), mechanochemie,

2.2 Příprava částic chemickou cestou

Nukleace a růst z roztoku, metody vycházející z vodných roztoků, koloidy, micely, polymery, skla, nevodné metody, keramika, kompozity, spray-pyrolysis

2.3 Sol-gel metody, supramolekulární templátování, solvotermální rekrystalizace

Cesty založené na roztocích alkoxidů, koloidní soly a suspenze, stárnutí a synereze gelů, vícesložkové oxidy, mikroporézní monolity , kompozity vzniklé infiltrací, citrátová metoda, konsolidace nanomateriálů hutněním a sintrací.

2.4 Samoorganizované nanostruktury, LB filmy

2.4 Tenké vrstvy: CVD, PVD, MBE

3. Příklady nanomateriálů
Mikrostruktura, zpracování, termodynamika a kinetika, elektrické a optické vlastnosti, magnetické vlastnosti.

3.1. Magnetické nanočástice a nanokompozity

Metody přípravy, monodoménové částice, superparamagnetismus, kritická velikost, magnetické vlastnosti, aplikace.

3.2. Polovodičové nanočástice.

Kvantové omezení, kvantové tečky, Nanostrukturní křemík, polovodiče III-V a II-VI, optické vlastnosti,

3.3. Zeolity, molekulová síta

3.4 Uhlíkové nanomateriály: nanotuby, fulereny, nanodiamant, aj.

3.5 Oxidické nanomateriály: TiO2, ZnO, ternární oxidy

4. Metody studia nanomateriálů
4.1 Elektronová mikroskopie: SEM, TEM

4.2 Mikroskopie rastrující sondou: STM, AFM, SNOM

4.3 Studium porézní struktury: adsorpce

4.4 Analýza povrchů: XPS, AES

5. Vybrané aplikace nanomateriálů
5.1 Nanoelektronika, elektrochromní a autoemisní dipspleje

5.2 Konverze a akumulace energie: solární články, baterie, superkondenzátory, palivové články, vodíkové hospodářství

5.3. Samočistící a antibakteriální materiály

5.4 Nanomanipulace, nanomotory

5.5 Nanovlákna, nanokompozity

5.6 Bioaplikace, nanomedicína, senzory, zdravotní rizika nanomateriálů