CHEM-C2400 Sidoksesta Rakenteeseen. Ville Jokinen, Sami Lipponen, Orlando Rojas

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "CHEM-C2400 Sidoksesta Rakenteeseen. Ville Jokinen, Sami Lipponen, Orlando Rojas"

Krista Hovinen
4 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 CHEM-C2400 Sidoksesta Rakenteeseen Ville Jokinen, Sami Lipponen, Orlando Rojas

2 Opettajat: Ville Jokinen, Metallit/keraamit Sami Lipponen, Polymeerit Orlando Rojas, Biomateriaalit

3 Kurssin tavoitteet Kurssin suoritettuaan opiskelija: 1. Ymmärtää materiaalien rakenteen atomi-, molekyyli-, nanoja mikrotasolla, 2. Osaa kuvata metallin ja metalliseosten rakenteen ja rakennevirheet, 3. Osaa kuvata polymeerien rakenteen, 4. Osaa kuvata luonnonkuitupohjaisten materiaalien rakenteen 5. Ymmärtää materiaalin keskeisten ominaisuuksien yhteyden materiaalin rakenteeseen

4 C2400 ja C2410 CHEM-C2400 Materiaalit sidoksesta rakenteeseen Sisältö: Materiaalien rakenne nanoja mikrotasolla: Metallit, polymeerit, luonnonkuitumateriaalit. Kiteisyys, kidevirheet, amorfisuus. Diffuusio. Plastinen muodonmuutos metalleissa ja polymeereissa. Tasapainopiirrokset. Rakenne painotteinen CHEM-C2410 Materiaalit rakenteesta ominaisuuksiin Sisältö: Metallien seostus, faasimuutokset, erkautuminen ja karkeneminen. Metallinen ominaisuuksien muuttaminen. Sähköiset, termiset ja magneettiset ominaisuudet. Ominaisuuksien heikentyminen. Polymeerit teknisinä materiaaleina ja niiden työstö. Luonnonkuitumateriaalien mekaaninen käyttäytyminen. Materiaalien rakenteen modifiointi: metallit, polymeerit, luonnonkuitumateriaalit. Ominaisuus painotteinen

5 Kurssin suoritus: Arvosana määräytyy tentin 50% ja laboratoriotöiden 50% perusteella Labratöitä on 3, ja ne tehdään ryhmissä Tentti 30 pistettä, Labratyöt 3 x 10 pistettä Tentissä 2 kysymystä metallit/keraamit, 2 kysymystä polymeerit, 1 kysymys biomolekyylit, 5 x 6 pistettä. Miniminä 40% pisteistä, sekä tentistä että kaikista labratöistä vaaditaan. Tärkeää: Labratöihin osallistuminen on pakollista kurssin läpäisemiseksi. Selkkarille on aikaa 2 viikkoa labrapäivästä. Ainoastaan jos on peruuttamaton este, niin keksitään korvaava suoritus.

6 Kurssin työmäärä 25 tuntia kontaktiopetusta, luentoja/laskareita Itseopiskelu luentoihin liittyen, 50 tuntia 3 laboratoriotyötä, 2h labra + 13h tulosanalyysi ja selkkarin kirjoitus = 45 tuntia Tentti 4h + tenttiin kertaus 11h = 15h = 135 tuntia (=5 op)

7 Kurssin aikataulu Luennot, Ke2 8:30-10:00 Aihe Opettaja Labraviikot alustavasti Ke 9.1 Avaus VJ, SL, OR Lab 1 VJ Lab 2 SL Lab 3 OR Pe 11.1 Metalli 1 VJ Ke 16.1 Metalli 2 VJ x Pe 18.1 Metalli 3 VJ x Ke 23.1 Metalli 4 VJ x Pe 25.1 Polymeeri 1 SL x Ke 30.1 Polymeeri 2 SL x Pe 1.2 Polymeeri 3 SL x Ke 6.2 Bio 1 OR x x Pe 8.2 Bio 2 OR x x Ke 13.2 Polymeeri 4 SL x x Laskuharjoitus, D-Sali Y122 13:00-15:45 To 31.1 Polymeeri Laskari SL Tentti: To :00-13:00, Salissa AS 2, TUAS rakennus Maarintie 8

8 Kurssimateriaali MyCourses: Luennot, laskarit, labra-ohjeet, selkkareiden palautus, tiedotus. Oppimateriaali: Luentokalvot, ja niitä vastaavat luvut Shackelford tai Callister kirjoista. Kukin vastuu-opettaja ohjeistaa itseopiskeluun tarkoitetut kirjanluvut. Shackelford, Introduction to Materials Sciene for Engineers Saatavilla: (jos olet suorittanut Materiaalitieteden Perusteet alle 2v sitten) Callister, Materials Science and Engineering, 8th edition Saatavilla kirjastosta (vanhemmatkin versiot pitkälti samat asiat)

9 Viime vuosien palautteesta Labratöiden ja selkkareiden työmäärä aiheutti viime vuonna kritiikkiä. Tämän johdosta selkkarit tehdään nyt ryhmänä, jolloin työmäärä per henkilö on pienempi ja vielä tärkeämpänä seikkana kukaan ei jää yksin analyysin tai kirjoituksen kanssa. Pyydän kaikkia että osallistukaa aktiivisesti oman ryhmänne toimintaan ja kantakaa vähintään oma osuutenne vastuusta niin saadaan ryhmätyön edut isommiksi kuin haitat.

10 Johdanto

11 Metallien rakennetasot Kurssilla käsitellään pääasiassa tätä alueta

12 Metalli ja keraami luennot Luento 1: Sidoksesta kiteeseen, Callister luvut 3, 12 -Shackelford, luvut 3, 11 Luento 2: Faasidiagrammit (tasapainopiirrokset), (labraryhmät!) -Callister, luvut 9, 12 -Shackelford, luku 9 Luento 3: Kidevirheet, Callister, luvut 4, 12 -Shackelford, luvut 4, 11 Luento 4: Diffuusio Callister, luvut 5,12 -Shackelford, luku 5

13 Luento 1: Sidoksesta kiteeseen Metalli, ioni ja kovalenttinen sidos ja kiderakenne Bravaishilat Yleisiä hilarakenteita Hilasuuntien ja tasojen indeksointi

14 Luento 2: Faasidiagrammit Faasidiagrammit ja mikrorakenne Sidelinja ja vipusääntö Kahden komponentin faasidiagrammit Gibbsin faasisäännöt

15 Luento 3: Kidevirheet Vakanssit ja välisija atomit Dislokaatiot Pinnat Faasirajat 3D hilavirheet (amorfinen)

16 Luento 4: Diffuusio Diffuusiomekanismit Diffuusionopeuteen vaikuttavat tekijät Fickin Lait Merkitys materiaalien käsittelylle ja mikrorakenteelle

17 CHEM-C2400 Materiaalit sidoksesta rakenteeseen Polymeerit

18 CHEM-C2400; Polymeerit, opetus Luennot: Sami Lipponen Laboratoriotyö: Tiia Viinikainen

19 CHEM-C2400; Polymeerit, luentojen sisältö Polymerointireaktiot Polymeerien rakennehierarkiat Polymeerien analysointi Polymeerimolekyylien väliset vuorovaikutukset Polymeerimolekyylien järjestäytyminen

20 Polymerointireaktio Kaksoissidokset polyadditio, ketjupolymerointi Polystyreenin valmistusreaktio Funktionaaliset ryhmät polykondensaatio, askelpolymerointi O O Polyamidi 66:n valmistusreaktio n H 2 N (CH 2 ) 6 NH 2 + n HO C (CH 2 ) 4 O O C OH H NH (CH 2 ) 6 NH C (CH 2 ) 4 C OH + (2n-1) H 2 O n 1/9/

21 Polymeerien rakennehierarkiat 21

22 Polymeerien analysointi: Spektroskopia Infrapunaspektroskopia (IR) on nopea, helppokäyttöinen ja edullinen menetelmä, jolla voidaan selvittää polymeerin rakennetta ja lisäaineiden tyyppiä ja määrää tutkimuskäyttö ja laadunvalvonta Ydinmagneettinen resonanssispektroskopia (NMR) antaa molekyylitason informaatiota ja on huomattavasti vaativampi menetelmä tutkimuskäyttö Nestekromatografia (SEC, size exclusion chromatography; GPC, gel permeation chromatography), moolimassan määritys tutkimuskäyttö ja laadunvalvonta

23 Kemialliset sidokset ja molekyylien väliset voimat polymeereissä Primääriset sidokset Sekundääriset vuorovaikutukset Koheesioenergia

24 Polymeerimolekyylien järjestäytyminen: Kiteisyys ja amorfisuus Lamellit molekyyleistä Sferuliitit molekyyleistä Kuvat: Callister Callister

25 Laboratoriotyö Ohjaajana Tiia Viinikainen Aikataulut tulee MyCourseen mahd. pian ( mennessä) Ryhmätyö (4 opiskelijaa/ryhmä?) Monomeerin (kaprolaktoni, laktidi, tms) polymerointi laboratoriomittakaavassa Välituotteiden ja/tai lopputuotteen analysointi (NMR, SEC) Tulosten raportointi

Samankaltaiset tiedostot

CHEM C2400 Materiaalit sidoksesta rakenteeseen (5op)

CHEM C2400 Materiaalit sidoksesta rakenteeseen (5op) Kurssi-info 3.1.2018 Prof. Simo-Pekka Hannula Materiaalitekniikan laitos CHEM-2400-1 Responsible teacher Prof. Simo-Pekka Hannula Lic. Tech., Physical