Faglig innhold

Emnet skal gi en innføring i de grunnleggende sammenhengene mellom kjemisk sammensetning, krystallstruktur og funksjonelle egenskaper for uorganiske materialer. Noen organiske og hybride materialer kan også være inkludert. Med funksjonelle egenskaper menes alle ikke-mekaniske egenskaper, for eksempel elektriske og termiske egenskaper. Emnet krever grunnleggende kunnskaper innen kjemi, fysikk og materialteknologi. Emnet skal danne grunnlag for prosjektarbeid og hovedoppgaver hvor funksjonelle egenskaper til uorganiske materialer står sentralt i problemstillingen. Sentrale temaer i kurset er faste stoffers krystallstruktur, fasetransformasjoner og relasjoner mellom krystallstruktur, sammensetning og funksjonelle egenskaper, inkludert egenskaper ved overgangene. Eiendomsområder som elektroniske, termiske og ioniske transportegenskaper vil bli dekket. Applikasjoner som vil bli brukt som eksempler på bruk av funksjonelle materialer vil være: Halvledere i elektronikk, optikk og solcelleceller. Ioneledere i batterier, sensorer og brenselceller. Faseendringsmaterialer for lagring av termisk energi og kaloriapplikasjoner. Dielektriske, piezoelektriske og ferroelektriske kondensatorer, aktuatorer og sensorer. Magnetiske materialer for minne og kaloriapplikasjoner. Der det er nødvendig for å forstå materielle utfordringer og deres implementering i enheter, vil en kort introduksjon til syntese av enkelte funksjonelle materialer bli inkludert.

Læringsutbytte

Etter fullført emne skal studenten kunne: - Gi en kvalitativ beskrivelse av de enkleste og vanligste krystallstrukturene til uorganiske materialer og ha grunnleggende kunnskap om symmetrioperasjoner for å kunne beskrive de ulike punktgruppene og romgruppene. - Klassifisere og karakterisere ulike faseoverganger og deres egenskaper. - Relatere faseoverganger, krystallstruktur og krystallsymmetri til de ulike funksjonelle egenskapene som dekkes er kurset samt deres rolle i faseendringsmaterialer for termisk lagring. - Beskrive mikroskopiske mekanismer for elektronisk ledningsevne i metaller, halvledere og isolatorer. I tillegg skal studenten kunne nevne konkrete eksempler på materialer som viser disse egenskapene. - Nevn flere ulike ionisk ledende materialer og beskrive mikroskopiske mekanismer for ionisk og blandet ledningsevne i tillegg til å skrive ned defektlikevektsligninger. - Beskrive mikroskopiske mekanismer for ferroelektrisitet, ferromagnetisme, i tillegg til relaterte dielektriske og magnetiske egenskaper. Studenten skal kunne beskrive spesifikke materialer som viser dielektriske og magnetiske egenskaper. - Relatere krystallstruktur og elektronisk struktur til optiske og termiske egenskaper. - Forutsi elektroniske, dielektriske, magnetiske, optiske og termiske egenskaper basert på tilegnet kunnskap. - Nevn flere ulike bruksområder for ulike funksjonelle materialer.- Identifisere hvilke funksjonelle egenskaper som kreves for ulike teknologiske anvendelser og kunne foreslå spesifikke materialer egnet for den aktuelle anvendelsen.

Læringsformer og aktiviteter

Undervisningen er basert på forelesninger og øvinger. Øvingene er frivillige. Muntlig presentasjon av gruppeprosjektet er obligatorisk. Endelig karakter kommer fra 75% endelig eksamen og 25% projektoppgaver. Hvis undervisningen gis på engelsk gis eksamensoppgavene kun på engelsk. Studentene kan velge om skriftlig eksamen besvares på engelsk eller norsk. Forventet tidsbruk: Forelesninger: 60 timer, øvinger: 30 timer, prosjektoppgave: 30 timer, selvstudium: 95 timer.

Obligatoriske aktiviteter

• Muntlig presentasjon av gruppearbeid

Anbefalte forkunnskaper

Uorganisk kjemi/Materialkjemi, Materialteknologi, Faste stoffers fysikk eller liknende.

Kursmateriell

Oppgis ved kursstart.