Πανεπιστήμιο Κρήτης Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών
Ελληνικά English
twitter icon facebook icon

ΕΤΥ-248
Δομική και Χημική Ανάλυση Υλικών

Πληροφορίες μαθήματος

Τύπος μαθήματος
Επιλογής
Εξάμηνο σπουδών
4ο
Εβδομαδιαίες ώρες διδασκαλίας
3
Πιστωτικές μονάδες
5
Προαπαιτούμενα μαθήματα
Οργάνωση διδασκαλίας
Φόρτος εργασίας εξαμήνου σε ώρες:
  • Διαλέξεις: 33
  • Εργασία: 3
  • Μελέτη: 40
  • Σύνολο: 76

Διδάσκων

Βαμβασάκης Ιωάννης
email
j.vamvasakis@gmail.com
τηλέφωνο
γραφείο

Διεξαγωγή μαθήματος

Ώρες Διδασκαλίας
Τρίτη 16:00-19:00.

Ανακοινώσεις

  • Το μάθημα αρχίζει την Τρίτη 12 Οκτωβρίου 2021, σύμφωνα με το πρόγραμμα.
  • Διδασκόμενη Ύλη

    Εισαγωγή
    Διαφορετικά είδη ακτινοβολίας, Εξάρτηση ενέργειας και μήκους κύματος, Συγκεκριμένα είδη ακτινοβολίας που βρίσκουν χρήση στον τομέα της Επιστήμης Υλικών, Ατομική Θεωρία, Ενεργειακά επίπεδα στα άτομα.
    Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης
    Κατηγορίες ακτινοβολίας, Ηλεκτρομαγνητικά κύματα, Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα, Ιονίζουσες (ακτίνες-Χ) και μη ιονίζουσες ακτινοβολίες, Μελέτη της αλληλεπίδρασης των δεσμών με ηλεκτρόνια/νετρόνια/ιόντα. Βασικές αρχές της ελαστικής σκέδασης (πλάτος και ένταση ακτινοβολίας), Ελαστική σκέδαση από μεμονωμένα άτομα.
    Περίθλαση ακτίνων-Χ
    Θεωρία, Παραγωγή ακτίνων-Χ, Παράμετροι που επηρεάζουν (Δυναμικό, Ρεύμα, κτλ), Απορρόφηση ακτίνων-Χ από την ύλη, Ανίχνευση/μέτρηση της έντασης των ακτίνων-Χ, Κρυσταλλογραφία, Κρυσταλλικό πλέγμα, Μοναδιαία Κυψελίδα, Κρυσταλλογραφικά Επίπεδα, Οργανολογία, Εφαρμογή ακτίνων-Χ στην ανάλυση υλικών , Φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων-Χ (X-Ray Fluorescence, XRF), Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων, X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Αρχή λειτουργίας, Πληροφορίες που προσφέρει σε μελέτη υλικών (χημική σύσταση, πληροφορίες για δεσμούς, κτλ.).
    Φασματοσκοπία Υπεριώδους-Ορατού
    Νόμος Beer-Lambert, Ηλεκτρονιακές Μεταβάσεις, Ορατή περιοχή φάσματος, Συσχέτιση χρώματος/μήκους κύματος, Χαρακτηριστικά παραδείγματα φασμάτων διαφόρων ενώσεων, Διαφορετικά είδη φασμάτων (απορρόφησης, διαπερατότητας, ανάκλασης) σε υγρά και στερεά δείγματα.
    Φασματοσκοπία υπερύθρου (FT-IR)
    Διπολική ροπή, Δονητικά/Περιστροφικά επίπεδα, Είδη μοριακών δονήσεων, Κανόνες επιλογής, Οργανολογία, Συμβολόμετρο Michelson, Χαρακτηριστικά φάσματα FT-IR οργανικών ενώσεων, Μέθοδος Αποσβένουσας Ολικής Ανάκλασης (Attenuated Total Reflectance, ATR), Εφαρμογές.
    Φασματοσκοπία Raman
    Βασικές αρχές, Γραμμές Stokes/Anti-Stokes, Πολωσιμότητα, Είδη Δονήσεων/Περιστροφών, Κανόνες επιλογής, Σύγκριση και διαφορές με FT-IR φασματοσκοπία, laser, Οργανολογία, Χαρακτηριστικά φάσματα Raman οργανικών και ανόργανων ενώσεων/υλικών, Εφαρμογές.
    Φασματοσκοπία Φθορισμού
    Βασικές Αρχές, Ηλεκτρονικές Μεταβάσεις (θεμελιώδης και διεγερμένες καταστάσεις), Κανόνες Επιλογής, Οργανολογία (φθορισμόμετρο), Χαρακτηριστικά φάσματα φθορισμού ενώσεων, Μέθοδος Φθορισμού Επαγομένου από Laser (Laser Induced Fluorescence, LIF), Εφαρμογές.
    Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (Nuclear Magnetic Resonance, NMR)
    Μαγνητικό πεδίο, spin, σχάσεις, Θεωρία χημικής μετατόπισης, Τύποι Φασμάτων (Πυρήνας Υδρογόνου 1H και Άνθρακα 13C), Μονοδιάστατα και πολυδιάστατα φάσματα (COSY,HMQC, κτλ.), Οργανολογία, Εφαρμογές σε οργανικές ενώσεις.
    Ηλεκτρονική μικροσκοπία (σάρωσης και διέλευσης)
    Βασικές αρχές οπτικού μικροσκοπίου (φακός εστίασης, αντικειμενικός φακός, εστίαση/μεγέθυνση), Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (Scanning Electron Microscopy, SEM), Οργανολογία, Παραδείγματα, Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Διέλευσης (Transmission Electron Microscopy, TEM), Οργανολογία, Παραδείγματα, Σύγκριση μεταξύ SEM/TEM μικροσκοπίων, Συνδυασμός Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου με φασματοσκοπία Ενεργειακής Διασποράς (Energy Dispersive Spectroscopy, EDS).

    Μαθησιακά αποτελέσματα

    Οι γνώσεις που θα πρέπει να έχουν αποκτήσει οι φοιτητές από την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος αφορούν τις επιστημονικές αρχές που διέπουν τα κάτωθι:

    Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας-ύλης. Θεωρία ελαστικής σκέδασης. Ελαστική σκέδαση από μεμονωμένα άτομα. Θεωρία περίθλασης ακτίνων-Χ, ηλεκτρονίων και νετρονίων. Δευτερογενής εκπομπή. Απορρόφηση ακτινοβολίας από υλικά. Παραγωγή-ανίχνευση-μέτρηση ακτινοβολίας. Φασματοσκοπία UV/vis, FTIR-Raman, φθορισμού. Φασματοσκοπία απορρόφησης ακτινών-Χ. ΝΜR. Ηλεκτρονική μικροσκοπία (διαπερατότητας, σάρωσης). Φασματοσκοπία ηλεκτρονίων για ανάλυση επιφανειών και διεπιφανειών.

    Οι δεξιότητες που θα πρέπει να έχουν αποκτήσει οι φοιτητές από την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος αφορούν:

    1. πραγματικές πειραματικές τεχνικές και οργανολογία που χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην δομική και χημική ανάλυση Υλικών όπως Περιθλασιμετρία Ακτίνων-Χ, Φασματοσκοπία ορατού-υπεριώδους, Φασματοσκοπία υπερύθρου (FT-IR), Φασματοσκοπία Raman, Φασματοσκοπία Φθορισμού, Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (Nuclear Magnetic Resonance, NMR), Ηλεκτρονική μικροσκοπία (σάρωσης, SEM και διέλευσης, TEM)
    2. την σωστή επιλογή και χρήση εξειδικευμένων στην Επιστήμη των Υλικών αναλυτικών πειραματικών μέσων για τον δομικό και χημικό χαρακτηρισμό υλικών που επεκτείνεται και στην οριοθέτηση των σωστών περιοχών λειτουργίας κάθε μέσου για τις ανάγκες του εκάστοτε πειράματος
    3. οι φοιτητές αποκτούν επίσης δεξιότητες στην χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή μέσω της κατασκευής παρουσιάσεων που περιλαμβάνουν την γραφή κειμένου, παραγωγή οργανογραμμάτων και πινάκων, δυσδιάστατων και τρισδιάστατων γραφικών απεικονίσεων καθώς και την ένταξη εικόνων και βίντεο.

    Οι ικανότητες που θα πρέπει να έχουν αποκτήσει οι φοιτητές από την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος αφορούν:

    1. την τοποθέτηση του ζητουμένου σε ένα πρακτικό πρόβλημα Επιστήμης των Υλικών στις σωστές βάσεις που απαιτούνται για την απάντηση του
    2. την εύρεση της κατάλληλης τεχνικής και πειραματικής μεθοδολογίας με βάση την υπάρχουσα γνώση των ιδιοτήτων της ύλης για προσέγγιση του ζητουμένου ώστε να υπάρχει ουσιαστική δυνατότητα απάντησης του
    3. την ικανότητα να αποτιμά σωστά και να χρησιμοποιεί κατάλληλα τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στην βιβλιογραφία σχετικά με τις τεχνικές που παρουσιάστηκαν για διαφορετικές κατηγορίες υλικών.

    Σημειώσεις

    Αξιολόγηση φοιτητών

    Ο βαθμός του μαθήματος λαμβάνεται από δύο διαφορετικές αξιολογήσεις:

    Βιβλιογραφία

    1. J. P. Eberhart, "Structural and Chemical Analysis of Materials", John Willey & Sons Inc., 1991.
    2. P.E.J. Flewitt, R.K. Wild, "Physical Methods for Materials Characterization", IOP Publ., London (1994)
    3. H.-M. Tong and L.T. Nguyen, Eds., "New Characterization Techniques for Thin Polymer Films", Wiley, New York (1990)
    4. D. A. Skoog, F. J. Holler and T. A. Nieman, "Principles of Instrumental Analysis", 5th Edition, Saunders College Publishing, Philadelphia (1998)