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, ca. 350 sider Martin Lie: Laboratorieøvelser i MEF 1000, kompendium, ca. 40 sider –Kursansvarlig: Truls Norby Evaluering –Midtveisevaluering (deleksamen); 1-times test (teller 10%, obligatorisk) –Prosjektoppgave (gruppeinnlevering, obligatorisk) kreves godkjent –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 Truls Norby Noen gjesteforelesere Øvelser –Regneøvelser 2 timer/uke Terje Finstad Karl Petter Lillerud –Laboratorieøvelser (obligatoriske) 4 øvelser á 5 timer erstatter regneøvelsene angjeldende uker Karl Petter Lillerud Terje Finstad Oddvar Dyrlie Alex Read Prosjektoppgave (gruppeinnlevering, obligatorisk)

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 H04 Kurs- uke Kalender-ukeForelesninger (Kapittelnummer, tema) Øvelser (LAB eller kollokvium (oppgaver i kapittelnummer, tema)) 033 (9/8..) Velkomstaktiviteter 134 (16/8..)2 Krefter, felt, stråling 235 (23/8..)3 Termodynamikk 3364 Grunnstoffene 4375 BindingerLAB: Energi og varme 5386 Likevekter5 Bindinger 6397 Struktur6 Likevekter 740 ” LAB: Syntese 8418 Konstruksjonsmaterialer7 Struktur 942 (11/10..) Midtveisevaluering – ikke undervisning Funksjonelle materialer8 Mekaniske egenskaper 1144”LAB: Funksjonelle materialer 1245” Prosjektoppgave Energikilder9 Funksjonelle materialer Konvertering og lagring av energi11 Energikonvertering Nye trender i materialteknologiLAB: Energikonvertering 1649(Evt. repetisjon og oppsummering)

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 –Mineralogisk Bergarter, leire, jord –Biologisk Organismer, vev, ben –Noen av de beste materialer som er kjent er naturens egne; Skjell og andre skall, tre og andre plantefibre, edderkoppens tråd, osv. Nanoteknologi er å beherske kunstig fremstilling av strukturer på nanometerskala (< 30 nm) Nye egenskaper Hybridisering (biologisk – uorganisk) Ytterligere 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