MEF 1000 – Materialer og energi MEF 1000 Truls Norby Kjemisk institutt/ Senter for Materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) Universitetet i Oslo Forskningsparken Gaustadalleen 21 N-0349 Oslo Kurs-uke 1a Kursinformasjon Kap. 1; Materialer og energi (innledning)

MEF 1000 – Materialer og energi Kurs –10 studiepoeng (1/3 semester) –Pensum Truls Norby: Materialer og energi, kompendium 2006, ca. 380 sider Li, Dyrlie, Norby: Laboratorieøvelser i MEF 1000, kompendium, ca. 40 sider –Kursansvarlig: Truls Norby Evaluering –Midtveisevaluering (deleksamen); 1-times test Multiple choice Teller 10%, obligatorisk –Skriftlig eksamen Teller 90%

MEF 1000 – Materialer og energi 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 KJM1000 og FYS1000 for å forberede videre KJM- og FYS- emner –Aktuell støttelitteratur er derfor pensumbøker i 3KJ og 3FY og/eller KJM1000 og FYS1000

MEF 1000 – Materialer og energi MEF 1000 – Materialer og energi Undervisning Forelesninger 3 timer/uke (tirsdager , LilleFy og onsdager Lille Fy) Truls Norby + Gjesteforelesere Øvelser –Regneøvelser 2 timer/uke (fredager eller torsdager ) Anette Gunnæs Karl Petter Lillerud Harald Fjeld –Laboratorieøvelser (obligatoriske) 4 øvelser á 5 timer erstatter regneøvelsene angjeldende uker Karl Petter Lillerud Anette Gunnæs Harald Fjeld Oddvar Dyrlie Vikar: Morten Alex Read

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

MEF 1000 – Materialer og energi MEF 1000 – Materialer og energi; Kursplan H06

MEF 1000 – Materialer og energi 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…..

MEF 1000 – Materialer og energi 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% kjernekraft).

MEF 1000 – Materialer og energi 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 (og kjernekraft?) –Hydrogen som energibærer –Tidsperspektiv?

MEF 1000 – Materialer og energi Hva er et materiale?

MEF 1000 – Materialer og energi Konstruksjonsmaterialer og funksjonelle materialer Konstruksjonsmaterialer (strukturelle materialer) –Mekaniske egenskaper –Styrke –Utseende Funksjonelle materialer –Fysikalske egenskaper

MEF 1000 – Materialer og energi 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

MEF 1000 – Materialer og energi 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.

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

MEF 1000 – Materialer og energi 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

MEF 1000 – Materialer og energi Materialer og energi Materialer er avgjørende for ny energiteknologi Energi er avgjørende for naturen som sådan, 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 –Nye trender