MEF 1000 Kursuke 1 a Truls Norby Kjemisk

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

MEF 1000 – Materialer og energi • Kurs – 10 studiepoeng (1/3 semester) – Pensum • Truls Norby: Materialer og energi, kompendium, ca. 350 sider • Martin Lie: Laboratorieøvelser i MEF 1000, kompendium, ca. 40 sider – Kursansvarlig: Truls Norby (truls. norby@kjemi. uio. no) • Evaluering – Midtveisevaluering (deleksamen); 1 -times test (teller 10%, obligatorisk) – Prosjektoppgave (gruppeinnlevering, obligatorisk) kreves godkjent – Skriftlig eksamen (teller 90%) MEF 1000 – Materialer og energi

Kursbeskrivelse; innhold og mål • Innhold – Innledende om material- og energirelatert fysikk og kjemi. Oppbygning og systematisering av materialer med fokus på moderne, avanserte materialer og energianvendelser. Tar opp konstruksjonsmaterialer, funksjonelle materialer, energimaterialer og nanomaterialer. Kort oversikt over struktur og mikrostruktur fra enkrystaller til nanopartikler og kompositter. • Hva lærer du? – Studenten skal ha en oversikt over de viktigste materialtypene, grunnleggende sammenhenger mellom oppbygging, struktur og egenskaper, sentrale bruksområder med vekt på moderne energianvendelser. – En god del grunnleggende fysikk og kjemi – Grunnlag for materialvitenskap – Etablere 3 KJ/3 FY-nivå – Dekke noe av KJM 1000 og FYS 1000 for å forberede videre KJM- og FYSemner – Aktuell støttelitteratur er derfor pensumbøker i 3 KJ og 3 FY og/eller KJM 1000 og FYS 1000 MEF 1000 – Materialer og energi

MEF 1000 – Materialer og energi Undervisning • Forelesninger • 3 timer/uke • Truls Norby (truls. norby@kjemi. uio. no) • Noen gjesteforelesere • Øvelser – Regneøvelser • 2 timer/uke • Terje Finstad (terje. finstad@fys. uio. no), ansvarlig • Karl Petter Lillerud (k. p. lillerud@kjemi. uio. no) – Laboratorieøvelser (obligatoriske) • • • 4 øvelser á 5 timer erstatter regneøvelsene angjeldende uker Karl Petter Lillerud (k. p. lillerud@kjemi. uio. no), ansvarlig Terje Finstad (terje. finstad@fys. uio. no) Oddvar Dyrlie (oddvar. dyrlie@kjemi. uio. no) Alex Read (a. l. read@fys. uio. no) Prosjektoppgave (gruppeinnlevering, obligatorisk) MEF 1000 – Materialer og energi

Lab-øvelser • Energi og varme – Entalpi, entropi, varme, lys • Syntese – Våtkjemisk syntese av en høytemperatur superleder YBa 2 Cu 3 O 7 • Funksjonelle materialer – Elektriske egenskaper m. m. – Teste superlederen • Energikonvertering – Solcelle, elektrolysør, hydrogen, brenselcelle MEF 1000 – Materialer og energi

MEF 1000 – Materialer og energi; Kursplan H 04 Kursuke Kalender-uke Forelesninger (Kapittelnummer, tema) Øvelser (LAB eller kollokvium (oppgaver i kapittelnummer, tema)) 0 33 (9/8. . ) 1 34 (16/8. . ) 2 Krefter, felt, stråling 2 35 (23/8. . ) 3 Termodynamikk 3 36 4 Grunnstoffene 4 37 5 Bindinger LAB: Energi og varme 5 38 6 Likevekter 5 Bindinger 6 39 7 Struktur 6 Likevekter 7 40 ” LAB: Syntese 8 41 8 Konstruksjonsmaterialer 7 Struktur 9 42 (11/10. . ) 10 43 9 Funksjonelle materialer 8 Mekaniske egenskaper 11 44 ” LAB: Funksjonelle materialer 12 45 ” Prosjektoppgave 13 46 10 Energikilder 9 Funksjonelle materialer 14 47 11 Konvertering og lagring av energi 11 Energikonvertering 15 48 12 Nye trender i materialteknologi LAB: Energikonvertering 16 49 (Evt. repetisjon og oppsummering) 17 50 18 51 Velkomstaktiviteter Midtveisevaluering – ikke undervisning 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 – – – – materialer helse&medisin informasjon&kommunikasjon (IKT) transport energi miljø…. . 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 – CO 2 -håndtering • Overgang til fornybare energikilder – Direkte solenergi Indirekte solenergi – Geovarme (og kjernekraft? ) – – Hydrogen som energibærer – Tidsperspektiv? MEF 1000 – Materialer og energi

Hva er et materiale? MEF 1000 – Materialer og energi

Konstruksjonsmaterialer og funksjonelle materialer • Konstruksjonsmaterialer (strukturelle materialer) • Funksjonelle materialer – Fysikalske egenskaper – Mekaniske egenskaper – Styrke – Utseende MEF 1000 – Materialer og energi

Metaller, plast, keramer • Metaller – – • 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

Mikroteknologi • Miniatyrisert og eventuelt tettpakket teknologi – – – føle (sensorer) huske (datalagre) tenke (prosessorer) handle (motorer og mekanikk) skaffe energi • Solcelle • Brenselcelle • termoelektrisk generator 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, osv. • Nanoteknologi er å beherske kunstig fremstilling av strukturer på nanometerskala (< 30 nm) • Nye egenskaper • Hybridisering (biologisk – uorganisk) • Ytterligere miniatyrisering MEF 1000 – Materialer og energi

Materialer og energi • Materialer er avgjørende for ny energiteknologi • Energi er avgjørende 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