SNY har ordet

Kursen syftar först och främst till att ge grunder och fördjupning inom materialvetenskap med en fysikers inblick. I materiefysikkurserna behandlades hur ideala fasta material uppför sig. Här betraktar man ”verkliga” material istället. Det gäller strukturell design av halvledare och funktionella material som stål och keramer samt extrem materialdesign i form av nanostrukturer. Främst är det de mekaniska och termiskt stabila egenskaperna som är intressanta. Kursen ger en fysikalisk bakgrund och förståelse för fastransformationer och kopplar därmed väl till termodynamikkurser.

Kursutvärderingar

Logga in för att läsa kursutväderingar

Innehåll

Kursen behandlar olika klasser av material (halvledare, metallegeringar, keramer, polymerer) inkl. avancerade, funktionella och extrema material; Termodynamik för binära system; Fasdiagram; Jämvikt i lösningar; Metastabila tillstånd; Polytypbildning; Fasomvandlingar; Utskiljningsprocesser med eller utan kärnbildning; Kinetik för tillväxt; Diffusion som atomär process; Möjliga mikro- och nanostrukturer; Inverkan av punktdefekter (vakanser, interstitialer,..) och dislokationer; Koppling mellan teori, materialframställningsprocesser, materialstruktur/kemisk bindning och egenskaper; Elasticitet; Plasticitet; Brott; Termisk stabilitet. Kursen besvarar bl.a. följande utmanande frågor:

Avancerade material;

• Vilka möjligheter ger oss nanoteknologin?
• Vilka nya material har upptäckts i år?;
• Hur kan material skräddarsys genom teori, modellering och beräkningar?
  
  Fasdiagram;
• När kristalliserar en ädelgas?
• Finns metalliskt väte? Med vad och hur kan man bäst dopa kisel eller kiselkarbid ?
  
  Diffusion;
• När kan diffusion av atomer ske för att förstärka en koncentrationsgradient?
  
  Metallytor
• Vad händer med gitterstrukturen och atomernas bindningar på gränsen mellan två kristallkorn?
  
  Kristalldefekter
• Kan vakanser och interstitialer slå sig ihop?
  
  Stelning och kärnbildning
• Är stelningstemperaturen verkligen lika med smälttemperaturen?
• Spelar kylhastigheten någon roll för mikrostrukturen?
  
  Deformation
• Vad händer med gitterstrukturen när man böjer ett material?
  
  Härdning
• Varför blir stål hårt när man slår på det?
  
  Minnesmetaller
• Hur kunde Uri Geller böja skedar genom att stryka fingret lätt över dem? LABORATION 1: Metallografi (identifiera faser i elektronmikroskop) LABORATION 2: Fraktografi (bli din egen haverikommission för en dag) LABORATION 3: Kaloriometri (tillämpad termodynamik - du får skapa fasdiagram)

   

Mål

Kursens målsättning är att ge en förståelse av material i en bred bemärkelse med metallegeringar, halvledare och keramer. Det innebär att studenten ska kunna:

• förklara sambanden mellan ett ämnes syntes, struktur, sammansättning, egenskaper och användning.
• förstå fastransformationer utifrån en termodynamisk beskrivning av fasta och smälta faser
• beskriva atomers diffusionsrörelser i material med koncentrationsgradienter med Fick's och Darken's ekvationer.
• söka kopplingar i materialförståelse med andra ämnen/kurser såsom metallurgi, halvledarteknik, hållfasthetslära, kristallära och materiefysik.
• förklara principerna för framställning av funktionella, avancerade och extrema material (inkl. legeringar och nanostrukturer samt ultrarena och defektfria material,).
• diskutera strukturella och funktionella materials mekaniska och elektroniska egenskaper utifrån en atomistisk bild med bl.a. dislokationer.
• kunna problematisera ett givet materials hållfasthet och brottsmekanismer.

 

Examinationsmoment

TEN1 - 4,5 HP
En skriftlig tentamen (U,3,4,5)
LAB1 - 1,5 HP
En laborationskurs (U,G)

Examination

Tentamen utgörs av 9 frågor valda bland ca 90 instuderingsfrågor som distribueras under kursens gång. För godkänt krävs motsvarande ca 5 st korrekt besvarade frågor. För godkänt krävs även ett väl förberett och aktivt deltagande i laborationerna. Några frivilliga inlämningsuppgifter med fördjupande problemlösning kan ge ett antal bonuspoäng till tentamen.

Organisation

Föreläsningar, laborationer.

Litteratur

D.A. Porter and K.E. Easterling: Phase transformations in Metals and Alloys (Van Nostrand Reinhold, London). Lab-PM, IFM

Relaterade profiler

Material- och nanofysik MEF - IFM

Medicintekniska material MAT - IFM

Teknisk fysik - teori, modellering och datorberäkningar TMD - IFM

Teori, modellering och visualisering TMV - IFM

Rekommenderade förkunskaper

Fasta tillståndets fysik I TFYM01 - 6,0 HP - HT2 block 2

Termodynamik och statistisk mekanik TFYA12 - 6,0 HP - HT2 block 4

Påbyggnadskurser

Materialtekniska analysmetoder TFFM40 - 6,0 HP - VT1 block 1, VT2 block 1

Nanofysik TFYY54 - 6,0 HP - HT2 block 3

Tunnfilmsfysik TFYA41 - 6,0 HP - VT2 block 2

Kommentarer

Logga in för att kunna läsa och skriva kommentarer.