CHEM-A1400, Tulevaisuuden materiaalit Kurssin esittely

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "CHEM-A1400, Tulevaisuuden materiaalit Kurssin esittely"

Seppo Salo
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 CHEM-A1400, Tulevaisuuden materiaalit Kurssin esittely Kurssin esittely 1. Kurssin tavoitteet 2. Kurssin toteutus 3. Kurssin suorittaminen 4. Tarpeelliset resurssit 5. Kurssin järjestelyt ja tiedottaminen 6. Laboratorioharjoitukset 1

Kurssin tavoitteet Opinto-oppaan mukaan: tietää materiaaliryhmät, metallit, keraamit, polymeerit, biomateriaalit, puolijohteet, komposiitit ja minkä ominaisuuksien perusteella niitä käytetään eri

2 Kurssin tavoitteet Opinto-oppaan mukaan: tietää materiaaliryhmät, metallit, keraamit, polymeerit, biomateriaalit, puolijohteet, komposiitit ja minkä ominaisuuksien perusteella niitä käytetään eri kohteissa tietää materiaalitieteen peruskäsitteet ja kuinka ne vaikuttavat ominaisuuksiin perehtyy valittuihin materiaaleihin ja osaa tehdä ohjeen perusteella mittauksia materiaalien ominaisuuksista ja laatia raportin tuntee tärkeimmät materiaalien kehitystrendit. Kurssin tavoitteet 2

3 Kurssin toteutus 12 luentokertaa. Luennoitsijat Kemiantekniikan koulun eri tutkimusryhmistä. 5 ryhmissä tehtävää laboratoriotyötä, joista ryhmä laatii raportit. 11 luentoihin liittyvää viikkotehtävää, jokainen palauttaa tehtävän itsenäisesti. Kurssin suoritus raporttien ja viikkotehtävien perusteella. Ei tenttiä. Kurssin toteutus Viikkotehtävät liittyvät tulevaan luentoon. Viikkotehtävät käsittävät laskutehtäviä, monivalintatehtäviä yms. ja ne palautetaan viimeistään luentopäivän iltana. Laboratoriotyöt alkavat työturvallisuustenttien jälkeen viikolla 39. Kolme ryhmää yhdellä työvuorolla. Työvuorojen varaus MyCourses kautta, ryhmän vetäjä vastaa varauksesta ja tiedottamisesta ryhmälle ja töiden vetäjille. Työohjeeseen on perehdyttävä ennen työtä. 3

4 Kurssin aikataulu 1. periodi Materiaalitieteen perusteita 2. periodi Tulevaisuuden sovelluksia 8.9 Materiaaliryhmät Energiamateriaalit 15.9 Materiaalin ominaisuudet 3.11 Luonnonmateriaalit 22.9 Metallit Composites and hybrid materials 29.9 Metallit Biomimeettiset materiaalit 6.10 Polymeerit Toiminnalliset materiaalit Polymeerit Nanomateriaalit Kurssin suorittaminen Laboratoriotyöt tehdään ryhmissä ja ryhmä pysyy samana koko kurssin ajan. Kurssin arvosana määräytyy laboratoriotöiden työselostuksista ja viikkotehtävien vastauksista. Jokaisen työselostuksen max. pistemäärä on 10. Jokaisen viikkotehtävän max. pistemäärä on 5. Läpipääsyn raja on 55, max. pistemäärä on 105. Kaikki työt on tehtävä ja kaikki selostukset palautettava syyslukukauden 2015 aikana. 4

Kurssin suorittaminen Viikkotehtävistä on saatava yhteensä vähintään 25 pistettä. Viiteen laboratorioharjoitukseen on osallistuttava. Vaihtoehtoja on yhdeksän eri työtä.

5 Kurssin suorittaminen Viikkotehtävistä on saatava yhteensä vähintään 25 pistettä. Viiteen laboratorioharjoitukseen on osallistuttava. Vaihtoehtoja on yhdeksän eri työtä. Laboratorioharjoituksien työselostuksista on saatava yhteensä vähintään 25 pistettä. Alle 5 pisteen selostukset palautetaan korjattaviksi, korjatun ja hyväksytyn selostuksen maksimipistemäärä on 5. Kurssin suorittaminen Kokoontumispaikat Kemian pääaula (talo 11) Materiaalitekniikan Chillew, aula ruokalan vieressä (talo 12) Puu1 aula (talo 13). 5

6 Kurssin suorittaminen Ryhmä tekee työstään aina yhden työselostuksen käyttäen tieteellisen julkaisun rakennetta: 1. Johdanto (työn tarkoitus, tutkimuskysymysten esittely, taustateoriat) 2. Mittausten suorituksen kuvaus 3. Mittausten tulosten esittely 4. Mittaustulosten tulkinta 5. Johtopäätökset mittaustuloksista (vastaukset tutkimuskysymyksiin ja niiden luotettavuuden arviointi) 6. Yhteenveto 7. Käytetyt kirjallisuusviitteet Kurssin resurssit William D. Callister, David G. Rethwisch, Materials Science and Engineering, painos html Paperikirjana 260, e-kirjana 47. Vihko laboratoriotyökirjaksi. Tietokone raporttien laatimiseen. Aikaa, ajattelua, yhteistyökykyä. 6

7 Kurssin resurssit Laboratoriotyökirja, laboratoriopäiväkirja Tärkein muistiinpanoväline Mielellään kovakantinen sidottu vihko, jossa numeroidut sivut. Kaikki kokeeseen liittyvä oleellinen tieto kirjataan päiväkirjaan. Raportit kirjoitetaan päiväkirjan pohjalta. Kurssin resurssit Laboratoriotyökirjaan merkitään esimerkiksi: otsikko, työn tarkoitus, työn tausta, koejärjestelyt, tulokset, laskelmat eli tulosten tulkinta, tulosten tarkastelu ja virheanalyysi eli mitä tulokset kertovat ja kuinka luotettavasti, johtopäätökset, yhteenveto tuloksista 7

8 Kurssin järjestelyt ja tiedotus Kurssille ilmoittaudutaan WebOodin kautta. Kurssilla on yli 120 opiskelijaa. Tiedotus hoidetaan MyCourses-järjestelmän kautta sekä tarvittaessa WebOodin kautta sähköpostilla. Tarkastakaa, että teillä on WebOodissa oikea ja toimiva sähköpostiosoite ja -sähköpostiosoite. Kurssin järjestelyt ja tiedotus MyCourses-järjestelmää käytetään kurssin materiaalin jakamiseen. Laboratorioryhmien varaukset tulevat MyCoursesjärjestelmään. Harjoitustyöt palautetaan MyCourses kautta. 8

9 Kurssin järjestelyt ja tiedotus Vastaava opettaja on professori Jari Koskinen. Prof. Jari Koskinen Pirjo Pietikäinen Ilkka Penttinen Jari Aromaa Prof. Monika Österberg Prof. Mark Hughes Prof. Markus Linder Prof. Simo-Pekka Hannula Prof. Maarit Karppinen Prof. Jukka Seppälä Prof. Sami Franssila Laboratoriotöistä Laboratoriotöiden alustava aikataulu: 1. Muistimetallit (viikot 44-46) 2. Materiaalien tunnistus (viikot 39-42) 3. Hopeamusteen tulostus (viikot 40-44) 4. Superhydrofobinen pinta (viikot 39-42) 5. Litiumakun valmistus (viikot 39-41) 6. Polyamidin synteesi (viikot 44-49) 7. Nanoselluloosa (viikot 44-47) 8. 3-D tulostus (viikot 39-41) 9. Komposiittien ominaisuudet (viikot 44-46) Vuorojen määrä per työ vaihtelee, yhteensä ainakin 180 vuoroa tulee. 9

Samalla myös muokkauksella rutistetun kappaleen muoto palautuu alkuperäiseksi eli koulutuksen mukaiseksi. Työssä tutustutaan yleisimpään kaupalliseen muistimetalliin NiTi (Nitinol).

10 Muistimetalli Metallien kyky muistaa muotonsa perustuu kiteisen atomirakenteen räätälöintiin. Koulutettu metalli muistaa sille opetetun atomien järjestyksen ja palautuu tähän järjestykseen lämpötilan ollessa sopiva. Samalla myös muokkauksella rutistetun kappaleen muoto palautuu alkuperäiseksi eli koulutuksen mukaiseksi. Työssä tutustutaan yleisimpään kaupalliseen muistimetalliin NiTi (Nitinol). Työn vaiheet ovat: 1) Nitinol-langasta valmistetaan jousi 2) Materiaali koulutetaan muistamaan jousi-muotonsa 3) Jousesta mitataan muodonmuutoslämpötila ja jousivakio Materiaalien tunnistus Harjoituksessa sovelletaan erilaisia menetelmiä materiaalin ominaisuuksien arvioimiseen ja mittaamiseen. Tutkimuksen tuloksia verrataan kirjallisuuteen ja pyritään selvittämään mitä materiaaleja oli kyseessä. Fysikaalisia, kemiallisia ja sähkökemiallisia mittauksia Metalleja, keraameja ja polymeerejä. 10

Miten luonto pitää pinnan puhtaana superhydrofobinen pinta Opitaan jäljittelemään luonnon itsepuhdistuvaa pintaa Oppilas valmistaa superhydrofobisen pinnan kemiallisesti kuparilevyn päälle

11 Miten luonto pitää pinnan puhtaana superhydrofobinen pinta Opitaan jäljittelemään luonnon itsepuhdistuvaa pintaa Oppilas valmistaa superhydrofobisen pinnan kemiallisesti kuparilevyn päälle Vesipisaran käytös pinnalla mitataan Verrataan luonnon materiaaliin ilma vesi nano-mikro karkea pinta Harjoitustyö litiumioniakuista Energian varastointi on eräs suurista haasteita uusiutuvan energian käytön lisääntyessä. Keveytensä ansiosta litiumioniakut ovat yleistyneet nopeasti hybridiautojen energiavarastoina. Lisäksi niitä käytetään kannettavissa laitteissa kuten kännyköissä ja tietokoneissa. Työssä tutustutaan litiumioniakkuihin ja akkututkimukseen. Siinä pohditaan mm. seuraavia kysymyksiä: Miksi, miten ja millaista akkututkimusta tehdään? Mitä kemikaaleja litiumioniakku sisältää? Millaisia turvallisuustoimenpiteitä liittyy akkujen käsittelyyn? Millaisia sähkökemiallisia tutkimusmenetelmiä akkujen testauksessa yleisimmin käytetään Työn aikana kukin ryhmä kokoaa itse litiumioniakun ja perehtyy akun toiminnan mittaamiseen. 11

Polyamidin valmistus rajapintapolymeroinnilla Harjoituksessa syntetisoidaan polyamidilankaa kahden faasin

teoriaa Lisäksi tutustutaan polymeerin Ohjaimet karakterisointiin ja tehdään vertailuja kaupallisiin

Työssä kukin ryhmä tulostaa mallikappaleita FDM-menetelmällä. Työn aikana käydään läpi perusteet mm.

12 Polyamidin valmistus rajapintapolymeroinnilla Harjoituksessa syntetisoidaan polyamidilankaa kahden faasin rajapinnassa tapahtuvan polykondensaatioreaktion avulla Työssä opitaan Laboratoriotyöskentelyä Polymeerisynteesin teoriaa Lisäksi tutustutaan polymeerin Ohjaimet karakterisointiin ja tehdään vertailuja kaupallisiin polymeereihin Reaktioastia Tuotteen huuhtelu 3D tulostus Harjoituksessa tutustutaan 3D tulostukseen. Työssä kukin ryhmä tulostaa mallikappaleita FDM-menetelmällä. Työn aikana käydään läpi perusteet mm. seuraavista asioista: 3d-mallien suunnittelu Materiaalit Laitteiston toimintaperiaate Säädettävät tulostusparametrit Kappaleiden jälkikäsittely Tulostuslaatu 12

Learning from Nature: composites Composite materials are abundant in Nature and are extensively used by Humankind Composites are

each there is and the way in which they are organised in the composite This enables composites to be designed for particular

jonkun ryhmän jäsenistä on ryhdyttävä vetämään ryhmää eli: kerää ryhmän yhteystiedot pitää ryhmän ajan tasalla varaa aikanaan

13 Learning from Nature: composites Composite materials are abundant in Nature and are extensively used by Humankind Composites are formed from two or more constituents The properties of a composite depend upon the properties of the constituents, how much of each there is and the way in which they are organised in the composite This enables composites to be designed for particular purposes We will look at how the structure of a composite affects its behaviour Mitä seuraavaksi Ryhmien organisoituminen, jonkun ryhmän jäsenistä on ryhdyttävä vetämään ryhmää eli: kerää ryhmän yhteystiedot pitää ryhmän ajan tasalla varaa aikanaan laboratoriotyövuorot Kirjan, labratyökirjan, läppärin hankinta Lähitulevaisuudessa: Työvuorojen varaukset MyCoursesissa. Viikkotehtävän teko 13

Samankaltaiset tiedostot

CHEM-A1400, Tulevaisuuden materiaalit. Kurssin esittely. Kurssin esittely. Kurssin tavoitteet. Kurssin tavoitteet CHEM-A1400 esittely 1

Kurssin esittely CHEM-A1400, Tulevaisuuden materiaalit 1. Kurssin tavoitteet 2. Kurssin toteutus 3. 4. Tarpeelliset resurssit 5. Kurssin järjestelyt ja tiedottaminen 6. Laboratorioharjoitukset Kurssin