Nanotechnologia
Semestr I (2°)

Osoba odpowiedzialna za przedmiot: dr inż. Andrzej Okuniewski.

Zaliczenie przedmiotu

Aby zdobyć zaliczenie z przedmiotu należy uzyskać pozytywny wynik (min. 60%) ze wszystkich trzech części przedmiotu. Ocena końcowa jest obliczana następująco:

O = 0,4×E + 0,3×P + 0,3×S

gdzie: 
O – ocena końcowa
E – ocena z egzaminu
P – ocena za projekt
S – ocena z seminariów

Osoby, które ukończyły kierunek lub przedmiot Nanotechnologia będą miały możliwość przepisania ocen – po szczegóły proszę zgłosić się do prowadzącego po pierwszych zajęciach. 


Wykład

Program

  1. Zajęcia organizacyjne
  2. Modelowanie molekularne (cz. 1): Metody ab-initio i półempiryczne. Koszt obliczeniowy. Pola siłowe. Hiperpowierzchnie energii potencjalnej. Mechanika molekularna. Problem minimum globalnego. Metody bezgradientowe i gradientowe poszukiwania minimów lokalnych funkcji wielu zmiennych. Kryteria zbieżności. 
  3. Modelowanie molekularne (cz. 2): Dynamika molekularna. Zasady dynamiki Newtona. Równania ruchu. Algorytm Verleta i jego pochodne. Pudła symulacyjne. Periodyczne warunki brzegowe. Temperatura i ciśnienie w symulacjach komputerowych. Symulacje Monte Carlo. Całkowanie metodą Monte Carlo. Generatory liczb losowych i pseudolosowych. Algorytm Verdiera-Stockmayera. Kryterium Metropolisa.
  4. Historia nanotechnologii: Wykład There's Plenty of Room at the Bottom. Wprowadzenie pojęcia nanotechnologia.
  5. Nanolitografia: Fotolitografia. Rodzaje fotorezystów. Metody rozwirowania, rozpylania i zanurzania. Maski do fotolitografii, efekt bliskości optycznej (OPC). Elektronolitografia. Działa elektronowe. Nanoodciskanie. Litografia z użyciem sondy skanującej (SPL).
  6. Nanoelektronika: Pasma energetyczne. Poziom Fermiego. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane. Budowa przerwy energetycznej (prosta i skośna). Złącze p-n. Diody DIP, SMD, COB, OLED. Ceramika ITO. Polimery przewodzące. Wynalezienie tranzystora. Tranzystory MOSFET i układy CMOS. Prawo Moora. Tranzystory wielobramkowe.
  7. Pamięci komputerowe: Historia zapisu informacji binarnej, krosno Jaquarda. Gęstość zapisu informacji. Zapis magnetyczny, optyczny i mechaniczny. Pamięci EPROM, Flash, SSD. Pamięci FeRAM i ReRAM. Przełączniki molekularne. Zapis przy pomocy pojedynczych atomów. Spintronika.
  8. Badania strukturalne: Ciała krystaliczne i amorficzne. Mikroskopy z sondą skanującą (STM, AFM). Silniki piezoelektryczne. Efekt tunelowy. Promieniowanie synchrotronowe. Spektroskopia XPS, AES, XANES i EXAFS. Badania rentgenostrukturalne. Strukturalne bazy danych.
  9. Chemia koordynacyjna i supramolekularna: Typy wiązań i oddziaływań chemicznych. Wiązanie koordynacyjne. Liczba koordynacyjna. Geometrie centrów koordynacji. Wiązania wodorowe, halogenowe i chalkogenowe. Oddziaływania π. Inżynieria krystaliczna. Metal-organic frameworks. Maszyny molekularne. Zastosowanie nanomaszyn w medycynie.
  10. Nanostruktury węglowe: Wymiarowość struktur. Odmiany alotropowe węgla. Fulereny. Nanorurki węglowe. Wektor chiralności. Diagramy Schlegela. Grafen i jego pochodne (tlenek grafenu, zredukowany tlenek grafenu, grafan). Metoda Hummera.
  11. Efekty kwantowe w nanostrukturach: Jednowymiarowa nieskończona studnia potencjału (JNST), bezczasowe równanie Schrödingera, warunek brzegowy i normalizacyjny, funkcje falowe i energie stanów stacjonarnych dla JNST. Zastosowanie modelu JNST do półprzewodnikowych studni, drutów i kropek kwantowych.
  12. Nanostruktury 2D: Chemiczna funkcjonalizacja powierzchni. Samoorganizacja. Chemiczne i elektrochemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD, EVD), osadzanie warstw monoatomowych (ALD), epitaksja z wiązki molekularnej (MBE). Związki amfifilowe, surfaktanty, fosfolipidy. Warstwy Langmuira. Metoda Langmuira-Blogett i Langmuira-Schaeffera.
  13. Nanostruktury 1D: Nanowłókna, nanodruty, nanopręty, nanokolumny, nanowstążki i nanorurki. Elektroprzędzenie, metoda VLS (vapour-liquid-solid), synteza wg szablonu (template synthesis). Wąsy metaliczne (whiskers).
  14. Nanostruktury 0D: Nanosfery, nanomuszle, nanokostki, nanopatyczki. Nanocząstki core-shell. Wpływ kształtu i rozmiaru na właściwości nanocząstek. Rezonans plazmonowy. Fluorescencja. Nanocząstki metaliczne. Nanoczątki srebra i złota, argyria. Nanocząstki tlenkowe (metali i półmetali). Metoda solwo- i hydrotermalna. Metoda zol-żel, alkoksymetale, TEOS. Nanocząstki magnetyczne. Nanocząstki półprzewodników (II-VI i III-V). Kropki kwantowe. Nanocząstki organiczne, polimerowe. Koacerwacja. Micele i liposomy. Dendrymery. Zastosowanie nanocząstek w medycynie. Nośniki leków. Terapia fototermiczna.
  15. Omówienie zagadnień egzaminacyjnych

Zaliczenie

  • Studenci, którzy zaliczą seminaria i projekt będą dopuszczeni do egzaminu w formie testu z całości materiału w sesji podstawowej.
  • Egzamin będzie składał się z 15 zadań testowych (15 pkt.) oraz 5 zadań otwartych (10 pkt.). Zalicza 60%, czyli 15 pkt.
  • Na egzamin proszę zabrać kalkulator. Niezbędne wzory i stałe (pdf) będą widoczne na ekranie przez cały czas trwania egzaminu.
  • Osoby, które nie uzyskają zaliczenia w pierwszym terminie mogą przystąpić do egzaminu w sesji poprawkowej.
  • Studenci, którzy będą posiadali więcej niż 20% nieusprawiedliwionych nieobecności będą nieklasyfikowani.

Skala ocen

Liczba punktów Ocena
Termin podstawowy Termin poprawkowy
23 — 25 5,0 4,0
21 — 22 4,5 3,5
19 — 20 4,0
17 — 18 3,5 3,0
15 — 16 3,0
≤ 14 2,0 2,0

Literatura


Projekt

Program

W ramach zajęć studenci samodzielnie opracowują projekty, których opis znajduje się w materiałach poniżej.

Harmonogram

Tydzień Zajęcia
1 Zajęcia organizacyjne, omówienie celu i sposobu realizacji zajęć, zapoznanie studentów z obsługą programu HyperChem.
2 — 9 Realizacja projektu
10 Pierwszy termin oddania projektu
11 — 14 Poprawianie projektów
15 Ostateczny termin oddania poprawionych projektów, wystawianie ocen

Zaliczenie

  • Projekt realizowany jest przez studentów w indywidualnym tempie.
  • Studenci, którzy będą posiadali więcej niż 20% nieusprawiedliwionych nieobecności będą nieklasyfikowani.
  • Projekt należy wydrukować dwustronnie na kartkach A4 i trwale połączyć (np. bindowanie, listwa). Wzór pierwszej strony.
  • Projekt należy oddać w 10 tygodniu semestru. Poprawione projekty należy oddać przed zakończeniem semestru.

Skala ocen

Liczba punktów Ocena
Pierwszy termin Kolejne terminy
23 — 25 5,0 4,0
21 — 22 4,5 3,5
19 — 20 4,0
17 — 18 3,5 3,0
15 — 16 3,0
≤ 14 2,0 2,0

Materiały


Seminaria

Program

W ramach zajęć studenci przygotowują indywidualne wystąpienia (wraz z prezentacją multimedialną wyświetlaną z komputera osobistego - np. PowerPoint, OpenOffice, Google Prezentacje, Prezi) na wybrane tematy. Studenci wybierają tematy spośród prac naukowych opublikowanych w ubiegłorocznym numerze czasopisma Nanotechnology – numer studenta na liście odpowiada numerowi zeszytu. Studenci z numerami 51+ odejmują od swojego numeru 50 i poszukują odpowiedniego zeszytu sprzed dwóch lat.

Harmonogram

Tydzień Zajęcia
1 Zajęcia organizacyjne, przydzielenie tematów
2 Podstawy technik prezentacji
3 — 5 Opracowanie tematów, dobór literatury, konsultacje
6 — 14 Prezentacje studenckie
15 Wystawianie ocen

Zaliczenie

Aby uzyskać zaliczenie każdy ze studentów musi przygotować i wygłosić 20-minutową prezentację na określony temat. Prezentację w formie elektronicznej należy po zajęciach przesłać prowadzącemu.

Zasady oceny:

Kategoria Wymagania Liczba punktów
Estetyka wykonania czytelność, brak wiszących spójników, dobór grafiki 2 pkt.
Sposób prezentacji płynność prezentacji, nieczytanie z kartki, stosowne słownictwo, postawa 2 pkt.
Opracowanie tematu przedstawienie: wprowadzenia, wyników z artykułu, potencjalnych zastosowań, podsumowania, literatury (podstawowej i uzupełniającej) 6 pkt.
Dyskusja pytania od słuchaczy i prowadzącego 4 pkt.
Zachowanie czasu prezentacji
Czas (min) Liczba punktów
≤10 0 pkt.
11 — 12 1 pkt.
13 — 14 2 pkt.
15 — 16 3 pkt.
17 — 18 4 pkt.
19 — 21 5 pkt.
22 — 23 4 pkt.
5 pkt.
Frekwencja
Liczba nieobecności
nieusprawiedliwionych
Liczba punktów
0 3 pkt.
1 2 pkt.
2 1 pkt.
3 0 pkt.
≥4 nieklasyfikowanie
3 pkt.
Przesłanie prezentacji przesłanie prezentacji w formie pliku PDF na adres prowadzącego 3 pkt.

Skala ocen

Liczba punktów Ocena
23 — 25 5,0
21 — 22 4,5
19 — 20 4,0
17 — 18 3,5
15 — 16 3,0
< 15 2,0

Materiały