Detail předmětu

Pokročilá materiálová chemie

FCH-MCO_PMCHAk. rok: 2019/2020

Předmět si klade za cíl seznámit posluchače s pokročilými vlastnostmi a aplikacemi nekovových materiálů. Zejména je zaměřen na organické polovodiče a další funkční materiály pro použití v oblastech jako jsou organické elektroluminiscenční diody/osvětlovací prvky, organické a habridní solární články, organické polem řízené tranzistory, pevnolátkové lasery a (bio)senzory. Pozornost je také věnována tištěné a hybridní elektronice a fotonice.

Výsledky učení předmětu

Po absolvování předmětu budou studenti vybaveni znalostmi z oblasti materiálové chemie a fyziky nekovových materiálů. Budou seznámeni se základními procesy a jevy, které se v těchto látkách odehrávají a budou rozumět vybraným aplikacím využívajících optických elektrických a dalších vlastností těchto látek.

Prerekvizity

Základní znalosti z organické chemie a fyziky pevných látek (základní kurz) a obecné a organické chemie.

Doporučená nebo povinná literatura

Kratochvíl B. Chemie a fyzika pevných látek I. Praha, VŠCHT Praha, 1994, ISBN 80-7080-196-4 (CS)
William D. Callister.Materials Science and Engineering: An Introduction. New York, John Wiley and Sons Inc., 2000 (EN)
N. J. Turro, Modern Molecular Photochemistry, The Benjamin/Cummings Publishing Company, inc., London, 1991 (EN)
J-L Bredas, S. R. Marder, Organic Semiconductors, World Scientific, London, 2016 (EN)
S. A. Jenekhe, K. J. Wynne, Photonic and optoelectronic polymers, American Chemical Society, Washington, 1995 (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Výuka předmětu je realizována formou přednášek - 2 vyučovací hodiny týdně. Studentům je k dispozici e-learningový systém LMS Moodle v rámci kterého jsou studentům k dispozici učební opory zahrnující elektronické učební texty, prezentace z přednášek a další.

Způsob a kritéria hodnocení

Předmět je zakončen zkouškou (ústní nebo písemnou) kde studenti prokáží získané znalosti. Pro udělení zápočtu je nutné vypracovat semestrální projekt. Kvalita semestrálního projektu se promítne do celkového hodnocení předmětu.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

Úvod, vymezení obsahu předmětu, seznámení se s problematikou, možnosti a limity organické elektroniky a fotoniky.
Charakteristika nekovových materiálů: chemická a elektronová struktura nekovových materiálů (Elektronová struktura atomů, atomární a molekulové orbitaly, LCAO, vazebné a antivazebné orbitaly, hybridizace orbitalů, HOMO a LUMO hladiny, konjugované molekuly)
Fotofyzikální procesy v organických materiálech – Excitované stavy (absorpce a emise, singletní a tripletní stavy), rychlost elektronových přechodů, přechodový moment, Frank Condonův princip, zářivé a nezářivé přechody, kinetika excitovaných stavů.
Excitonové procesy v organických materiálech – Pevná fáze: vazby stavy hmoty, amorfní a krystalická fáze, excitony, Forester a Dexter přenosy energie, zhášení excitonů.
Molekuly na míru – základní aspekty „ladění“ vlastností molekulárních materiálů.
Kvantově chemické modelování vlastností nekovových materiálů.
Elektrická vodivost molekulárních materiálů - transport nosičů náboje, materiály pro vysokou pohyblivost nosičů náboje, tranzistory.
Fotogenerace nosičů náboje I – fotovoltaický jev, solární články a jejich charakterizace, fotoindukovaný přenos náboje, organické solární články – materiály a konstrukce.
Fotogenerace nosičů náboje II – hybridní solární články: barvivy senzitizované a perovskitové solární články – konstrukce a materiály.
Rekombinace nosičů náboje – luminiscence a elektroluminiscence, materiály pro pevnolátkovou fluorescenci a elektroluminiscenci, konstrukce elektroluminiscenčních diod a osvětlovacích prvků.
Metody studia struktury a vlastností nekovových materiálů – optické, elektrické a optoelektrické metody studia.
Metody přípravy a charakterizace tenkých vrstev.
Závěr – Shrnutí a další vybrané témata Organické elektroniky a fotoniky (aplikace, např. (bio)senzory, nelineárně optické prvky, lasery apod.).

Cíl

Seznámit posluchače s pokročilými vlastnostmi a aplikacemi nekovových materiálů. Porozumět vztahu mezi molekulární a nadmolekulární strukturou a vlastnostmi nekovových materiálů. Osvojit si znalosti z oblasti vybraných pokročilých aplikací.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Přednáška v rozsahu dvě hodiny týdně pro prezenční studium je zakončena zkouškou. Součástí zkoušky je i obhajoba semestrální práce, kterou studenti zpracují na vybrané téma z oblasti kurzu. Kombinovaná forma výuky je podporována elearningovým kurzem v rámci kterého jsou studentům k dispozici učební opory zahrnující elektronické učební texty, prezentace z přednášek a další.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program NPCP_SCH magisterský navazující

    obor NPCO_SCH , 1. ročník, letní semestr, 4 kredity, povinně volitelný

  • Program NKCP_SCH magisterský navazující

    obor NKCO_SCH , 1. ročník, letní semestr, 4 kredity, povinně volitelný

  • Program CKCP_CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor CKCO_CZV , 1. ročník, letní semestr, 4 kredity, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

eLearning