MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi MENA 1000 Truls Norby Kjemisk institutt/ Senter for Materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) Universitetet.

Presentasjon om: "MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi MENA 1000 Truls Norby Kjemisk institutt/ Senter for Materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) Universitetet."— Utskrift av presentasjonen:

1

2 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi MENA 1000 Truls Norby Kjemisk institutt/ Senter for Materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) Universitetet i Oslo FERMIO Forskningsparken Gaustadalleen 21 N-0349 Oslo truls.norby@kjemi.uio.no Kurs-uke 1a Kursinformasjon Kap. 1; Materialer og energi (innledning)

3 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Kurs –10 studiepoeng (1/3 semester) –Pensum Truls Norby: Materialer, energi og nanoteknologi kompendium 2008, ca. 380 sider Li, Dyrlie, Norby, Fjeld: Laboratorieøvelser i MENA 1000, kompendium, ca. 40 sider –Kursansvarlig: Truls Norby (truls.norby@kjemi.uio.no)truls.norby@kjemi.uio.no Evaluering –Høsten 2009 blir det ingen obligatorisk midtveisevaluering (deleksamen) –Grunnen er at vi ønsker å ha tid og krefter til Programmering –Skriftlig eksamen Teller 100 %

4 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Kursbeskrivelse; innhold og mål Innhold –Innledende om material- og energirelatert fysikk og kjemi. Oppbygning og systematisering av materialer med fokus på moderne, avanserte materialer og energianvendelser. Tar opp konstruksjonsmaterialer, funksjonelle materialer, energimaterialer og nanomaterialer. Kort oversikt over struktur og mikrostruktur fra enkrystaller til nanopartikler og kompositter. Hva lærer du? –Studenten skal ha en oversikt over de viktigste materialtypene, grunnleggende sammenhenger mellom oppbygging, struktur og egenskaper, sentrale bruksområder med vekt på moderne energianvendelser. –En god del grunnleggende fysikk og kjemi –Grunnlag for materialvitenskap –Etablere 3KJ/3FY-nivå –Dekke noe av innledende KJM- og FYS- emner for å forberede videre KJM- og FYS- emner –Aktuell støttelitteratur er derfor pensumbøker i 3KJ og 3FY og/eller KJM1001, KJM1100, FYS0000 og FYS1000

5 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Undervisning Forelesninger 3 timer/uke; onsdager 09.15-10.00 Lille Fy og fredager 13.15-15.00, Aud 2, Kjemibygningen Truls Norby (truls.norby@kjemi.uio.no)truls.norby@kjemi.uio.no + Gjesteforelesere Øvelser –Regneøvelser 2 timer/uke –Gr. 1 MENA fredager 10.15-12.00 –Gr. 2 KJEMI+LAP+andre+noen MENA torsdager 12.15-14.00 Johan Taftø (johan.tafto@fys.uio.no), ansvarligjohan.tafto@fys.uio.no Harald Fjeld (haraldfj@kjemi.uio.no)haraldfj@kjemi.uio.no –Laboratorieøvelser (obligatoriske), 5 timer, erstatter regneøvelser i 4 av ukene antagelig uke 38, 42, 44, 46; –Gr. 1 MENA fredag 08.15-13.00 –Gr. 2 KJEMI+LAP torsdag 12.15-17.00. Harald Fjeld (haraldfj@kjemi.uio.no), ansvarligharaldfj@kjemi.uio.no Johan Taftø (johan.tafto@fys.uio.no)johan.tafto@fys.uio.no Oddvar Dyrlie (oddvar.dyrlie@kjemi.uio.no)oddvar.dyrlie@kjemi.uio.no Ingvild Thue Jensen (i.j.t.jensen@fys.uio.no)i.j.t.jensen@fys.uio.no

6 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Lab-øvelser Energi og varme –Entalpi, entropi, varme, lys Syntese –Våtkjemisk syntese av en høytemperatur superleder YBa 2 Cu 3 O 7 –Nanopartikler Funksjonelle materialer –Elektriske egenskaper m.m. –Teste superlederen Energikonvertering –Solcelle, elektrolysør, hydrogen, brenselcelle

7 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi; plan H09 NB: Foreløpig – spesielt mhp. Programmering

8 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Programmering i MENA1000 Dataprogrammer og programmering blir viktigere i forskning og undervisning i realfag; Derfor MAT-INF1100 og INF1100 Til erstatning for INF1100 Programmering Mål: Få alle opp på et minimumsnivå i programmering Undervisning, lesestoff, oppgaver….integrert i MENA1000 Fra “Ikke pensum” til “Pensum” Bruk websidene til INF1100! Språk: Python

9 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Materialer og fremskritt Materialer har alltid vært en viktig faktor for menneskets ”fremskritt”: –survival of the fittest or of the fattest? Tidsaldre oppkalt etter den tidens avanserte materialtype Fremskritt/velferd knyttet til –mat –materialer –helse&medisin –informasjon&kommunikasjon (IKT) –transport –energi –miljø…..

10 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Dresselhaus & Thomas, "Alternative energy technologies", Nature Insight: Materials for clean energy, Nature 414 (2001) 332. Moderne samfunn og velferd krever energi. Hvor kommer den fra? Energiflyt-diagram for USA 1999: Bare 7% var fornybar energi. 8% var kjernekraft.

11 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Energi (og miljø) for fremtiden Bedre bruk av fossile energikilder –Bedre effektivitet –Mindre forurensning –CO 2 -håndtering Overgang til fornybare energikilder –Direkte solenergi –Indirekte solenergi –Geovarme –Kjernekraft? –Hydrogen som energibærer? –Tidsperspektiv?

12 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Hva er et materiale?

13 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Konstruksjonsmaterialer og funksjonelle materialer Konstruksjonsmaterialer (strukturelle materialer) –Mekaniske egenskaper –Styrke –Utseende Funksjonelle materialer –Fysikalske egenskaper

14 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Metaller, plast, keramer Metaller –Metalliske grunnstoffer –Legeringer –Duktile, leder varme og elektrisitet –Metallglans Plast –Polymere organiske forbindelser –Myke –Isolerende Keramer –Forskjellige definisjoner –Moderne versjon: Ikke-metalliske uorganiske faste forbindelser. Inkluderer glass. –Typisk harde, sprø. –Stor variasjon i sammensetninger og egenskaper

15 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Kompositt- og hybridmaterialer Komposittmaterialer består av flere faser (oftest av forskjellig klasse; metall, plast, keram); –Bedre egenskaper enn enkeltfasene eller –Prishensyn/enklere fremstilling –Eksempler: Fiberforsterket plast Cermets (Ceramic+metal) Armert betong Hybridmaterialer –Organiske og uorganiske komponenter i samme molekyl eller struktur.

16 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Mikroteknologi Miniatyrisert og eventuelt tettpakket teknologi –føle (sensorer) –huske (datalagre) –tenke (prosessorer) –handle (motorer og mekanikk) –skaffe energi Solcelle Brenselcelle termoelektrisk generator

17 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Nanoteknologi Naturen har alltid hatt nanoskopiske strukturer –Mineralsk Bergarter, leire, jord –Biologiske Organismer, vev, ben –Noen av de beste materialer som er kjent er naturens egne Skjell og andre skall (kompositt av mineralske og organiske stoffer) tre og andre plantefibre, edderkoppens tråd, osv. Nanoteknologi er å beherske kunstig fremstilling av og egenskaper til strukturer på nanometerskala (< 30 nm) Nye egenskaper Hybridisering (biologisk – uorganisk) Miniatyrisering

18 MENA 1000 – Materialer, energi og nanoteknologi Materialer og energi Materialer er avgjørende for ny energiteknologi Energi er avgjørende for naturen, og for materialer Derfor skal vi –Starte med energi Mekanikk Termodynamikk –Lære om materialer Sammensetning og bindinger Struktur og mikrostruktur Mekaniske egenskaper - konstruksjonsmaterialer Funksjonelle egenskaper – funksjonelle materialer –Lære om energiteknologi Fokus på ny teknologi og materialaspektet Nanoteknologi – nye muligheter ELSA og HMS