Detail předmětu
Pokročilá materiálová chemie
FCH-MC_PMCHAk. rok: 2024/2025
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.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
4
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Základní znalosti z organické chemie a fyziky pevných látek (základní kurz) a obecné a organické chemie.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
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.
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.
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.
Učební cíle
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.
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.
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.
Základní literatura
Kratochvíl B. Chemie a fyzika pevných látek I. Praha, VŠCHT Praha, 1994, ISBN 80-7080-196-4 (CS)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program NKCP_CHCHTE magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
- Program NPCP_CHCHTE magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
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.).
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.).