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

MEF 1000 – Materialer og energi Kurs 10 studiepoeng (1/3 semester) Pensum Truls Norby: Materialer og energi, kompendium, ca. 300 sider Martin Lie: Laboratorieøvelser i MEF 1000, kompendium, ca. 40 sider Kursansvarlig: Truls Norby (truls.norby@kjemi.uio.no) Evaluering Midtveisevaluering; 1-times test (teller 10%, obligatorisk) Prosjektoppgave (gruppeinnlevering, obligatorisk) kreves godkjent Skriftlig eksamen (teller 90%) MEF 1000 – Materialer og energi

Kursbeskrivelse; innhold og mål Deskriptiv gjennomgang og systematisering av materialer (uorganiske og organiske) sett i lys av dagens samfunn med fokus på moderne materialer og på energianvendelser. Tar opp: konstruksjonsmaterialer, funksjonelle materialer, mikroporøse og katalytiske materialer, energimaterialer, og biokompatible materialer. Kort oversikt over mikrostruktur: fra nanopartikler via kolloider til kompositter. Hva lærer du? Studenten skal ha en oversikt over de viktigste materialtypene og sentrale bruksområder” I tillegg: 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 Øvelser Regneøvelser 2 timer/uke Steinar Foss (steinar.foss@fys.uio.no), ansvarlig Laboratorieøvelser (obligatoriske) 4 øvelser á 5 timer erstatter regneøvelsene angjeldende uker Martin Lie (martin.lie@kjemi.uio.no), ansvarlig Oddvar Dyrlie (oddvar.dyrlie@kjemi.uio.no), kurslaborant Prosjektoppgave (gruppeinnlevering, obligatorisk) MEF 1000 – Materialer og energi

MEF 1000 – Materialer og energi; Kursplan H03   MEF 1000 – Materialer og energi; Kursplan H03 Kurs-uke Kalender-uke Forelesninger Øvelser 33 Velkomstaktiviteter 1 34 Krefter, felt, stråling 2 35 Termodynamikk 3 36 Kjemiske og elektrokjemiske likevekter LAB: Energi og varme 4 37 Grunnstoffene Kjemiske likevekter 5 38 Bindinger og forbindelser 6 39 Struktur og mikrostruktur 7 40 ” + midtveisevaluering LAB: Syntese 8 41 Konstruksjonsmaterialer Struktur 9 42 Funksjonelle materialer Mekaniske egenskaper 10 43 ” Fysikalske egenskaper 11 44 LAB: Funksjonelle materialer 12 45 Energikilder Prosjektoppgave 13 46 Konvertering og lagring av energi Energikonvertering 14 47 Elektrokjemi 15 48 Mikroporøse og katalytiske materialer LAB: Energikonvertering 16 49 Mikro- og nanoteknologi Olje- og gass-prosesser 17 50   18 51 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 omhandler særlig materialer og energi, men også indirekte helse&medisin, IKT, transport, og miljø. MEF 1000 – Materialer og energi

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

Energi (og miljø) for fremtiden Bedre bruk av fossile energikilder Bedre effektivitet Mindre forurensning CO2-håndtering Overgang til fornybare energikilder Direkte solenergi Indirekte solenergi Geovarme (og kjernekraft?) Hydrogen som energibærer Tidsperspektiv?                                                       MEF 1000 – Materialer og energi

Et materiale er et fast stoff som kan brukes til noe Hva er et materiale? Et materiale er et fast stoff som kan brukes til noe MEF 1000 – Materialer og energi

Konstruksjonsmaterialer og funksjonelle materialer Konstruksjonsmaterialer (strukturelle materialer) Mekaniske egenskaper Styrke Utseende Funksjonelle materialer Fysikalske egenskaper Skillet ikke entydig. Morgendagens konstruksjonsmaterialer vil ha funksjonelle egenskaper (og omvendt). MEF 1000 – Materialer og energi

Metaller, plast, keramer 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

MEF 1000 – Materialer og energi Mikroteknologi Miniatyrisert og eventuelt tettpakket teknologi føle (sensorer) huske (datalagre) tenke (prosessorer) handle (motorer og mekanikk) skaffe energi (sol-/brenselcelle) MEF 1000 – Materialer og energi

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 Nanoteknologi er å beherske kunstig fremstilling av strukturer på nanometerskala (< 30 nm) Nye egenskaper Hybridisering (biologisk – uorganisk) Ytterligere miniatyrisering MEF 1000 – Materialer og energi

MEF 1000 – Materialer og energi Materialer er essentielt for ny energiteknologi Energi er essentielt 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 MEF 1000 – Materialer og energi