Příprava nanomateriálů, Mikrostruktura, zpracování, termodynamika a kinetika, elektrické a optické vlastnosti, magnetické
vlastnosti. Metody studia nanomateriálů, Vybrané aplikace nanomateriálů
Poslední úprava: 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
Poslední úprava: T_KEVF (24.05.2007)
Podmínky zakončení předmětu -
Podmínkou zakončení předmětu je úspěšné složení zkoušky.
Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (14.06.2019)
The condition for completing the course is successful passing of the exam.
Poslední úprava: Mikšová Kateřina, Mgr. (24.02.2022)
Literatura -
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
Poslední úprava: 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
Poslední úprava: Mikšová Kateřina, Mgr. (23.02.2022)
Kontroly studia předmětu a podmínky pro jejich úspěšné vykonání, způsob hodnocení -
Předmět je zakončen zkouškou. Zkouška probíhá ústní formou. Požadavky ke zkoušce odpovídají sylabu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.
Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (14.06.2019)
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.
Poslední úprava: Kalbáčová Vejpravová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (24.02.2022)
Sylabus -
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
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.
5.6 Bioaplikace, nanomedicína, senzory, zdravotní rizika nanomateriálů
Poslední úprava: Houfek Karel, doc. RNDr., Ph.D. (20.02.2026)
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
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.
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
Poslední úprava: Houfek Karel, doc. RNDr., Ph.D. (20.02.2026)
Výsledky učení -
Po absolvování předmětu student/ka:
Vysvětlí rozdíly mezi strukturou makroskopických krystalů a nanokrystalů, včetně specifik fotonických krystalů, kvazi-krystalů, nanodrátů, nanodesek a dalších nízkorozměrných systémů.
Popíše a interpretuje elektronovou strukturu nanomateriálů a její odlišnosti od objemových materiálů, včetně důsledků kvantového omezení.
Porovná fyzikální a chemické metody přípravy nanomateriálů a vysvětlí základní mechanismy nukleace, růstu, koalescence a kontroly velikosti nanočástic.
Objasní principy chemických metod syntézy nanomateriálů (roztokové, sol-gel, solvotermální, supramolekulární templátování) a jejich vliv na mikrostrukturu a vlastnosti materiálů.
Charakterizuje procesy přípravy tenkých vrstev (CVD, PVD, MBE) a samoorganizovaných nanostruktur včetně Langmuir-Blodgettových filmů.
Analyzuje strukturu, vlastnosti a chování vybraných tříd nanomateriálů (magnetické, polovodičové, oxidické, uhlíkové, porézní materiály) ve vztahu k jejich velikosti a struktuře.
Vysvětlí principy klíčových metod studia nanomateriálů (SEM, TEM, AFM, STM, adsorpční metody, XPS, AES) a zvolí vhodnou metodu pro daný problém.
Diskutuje vztah mezi strukturou, přípravou a funkčními vlastnostmi nanomateriálů z hlediska elektrických, optických, magnetických a povrchových vlastností.
Uvede a kriticky posoudí vybrané aplikace nanomateriálů v nanoelektronice, energetice, ochraně životního prostředí, biomedicíně a senzorech.
Identifikuje potenciální zdravotní a environmentální rizika nanomateriálů a chápe základní principy jejich bezpečného používání.
Poslední úprava: Houfek Karel, doc. RNDr., Ph.D. (20.02.2026)
After completing the course, the student will be able to:
Explain the differences between the structure of bulk crystals and nanocrystals, including photonic crystals, quasicrystals, nanowires, nanosheets, and other low-dimensional systems.
Describe and interpret the electronic structure of nanomaterials and its differences from bulk materials, including the consequences of quantum confinement.
Compare physical and chemical synthesis routes of nanomaterials and explain the fundamental mechanisms of nucleation, growth, coalescence, and size control of nanoparticles.
Explain the principles of chemical synthesis methods (solution-based methods, sol–gel processes, solvothermal recrystallization, supramolecular templating) and their impact on microstructure and material properties.
Characterize thin-film deposition techniques (CVD, PVD, MBE) and self-assembled nanostructures, including Langmuir–Blodgett films.
Analyze the structure, properties, and behavior of selected classes of nanomaterials (magnetic, semiconducting, oxide, carbon-based, and porous materials) in relation to size and structure.
Explain the principles of key characterization techniques (SEM, TEM, AFM, STM, adsorption methods, XPS, AES) and select an appropriate method for a given research problem.
Discuss the relationship between synthesis, structure, and functional properties of nanomaterials, including electrical, optical, magnetic, and surface properties.
Identify and critically evaluate selected applications of nanomaterials in nanoelectronics, energy conversion and storage, environmental technologies, biomedicine, and sensing.
Recognize potential health and environmental risks associated with nanomaterials and understand the basic principles of their safe handling and use.
Poslední úprava: Houfek Karel, doc. RNDr., Ph.D. (20.02.2026)
