Prowadzony w cyklach: 2022/23L, 2023/24L, 2024/25L, 2025/26L

Kod ISCED: 0710

Punkty ECTS: 5

Język: angielski

Organizowany przez: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej

Methods for materials characterization 0800-MMC

I. Wstęp - Rodzaje, struktura, własności materiałów.

1. Rodzaje materiałów:

a) półprzewodniki,
b) metale i stopy,
c) ceramiki,
d) polimery,
e) materiały dielektryczne i ferroelektryczne,
f) nadprzewodniki,
g) materiały magnetyczne,
h) materiały optyczne,

2. Struktura i własności materiałów:

a) struktura kryształów,
b) wiązania w ciele stałym,
c) uporządkowanie i nie uporządkowanie w materii,
d) fonony,
e) procesy aktywowane termicznie, diagramy i przejścia fazowe,
f) elektrony w ciele stałym: elektryczne i termiczne własności,
g) optyczne własności materiałów,
h) magnetyczne własności materiałów,
i) mechaniczne własności materiałów.

3. Synteza i obróbka materiałów:

a) podstawowe informacje o syntezie i obróbce materiałów,
b) półprzewodniki,
c) metale i stopy,
d) ceramika i szkło,
e) polimery i związki organiczne.

II. Fizyczne metody charakteryzacji materiałów.

1. Techniki dyfrakcyjne:

a) dyfrakcja rentgenowska,
b) dyfrakcja elektronów niskiej energii,
c) dyfrakcja elektronów wysokiej energii,
d) neutronografia.

2. Spektroskopia optyczna:

a) spektroskopia w podczerwieni, zakresie widzialnym i ultrafiolecie,
b) elipsometria,
c) spektroskopia ramanowska,
d) luminescencja,
e) transmisja, absorpcja, odbicie,
f) nieliniowa spektroskopia optyczna.

3. Mikroskopia i spektroskopia elektronowa:

a) elektronowa mikroskopia skaningowa,
b) elektronowa mikroskopia transmisyjna,
c) fotoemisja,
d) spektroskopia Auger’a.

4. Mikroskopia powierzchni:

a) mikroskopia sił atomowych,
b) skaningowa mikroskopia tunelowa.

5. Metody analizy składu materiału:

a) spektrometria atomowa absorpcyjna i transmisyjna,
b) rentgenowska analiza fluorescencyjna,
c) spektrometria masowa.

6. Pomiary własności elektrycznych:

a) metody mostkowe,
b) metoda dwu- i czterokontaktowa,
c) metody bezkontaktowe,
d) metoda oparta na zjawisku Halla,
e) efekt Peltiera i przewodnictwo cieplne.

7. Pomiary własności magnetycznych:

a) magnetometr Fonera,
b) magnetometr R-VSM,
c) magnetometr Faradaya,
d) mostki zmiennoprądowe.

8. Pomiary własności mechanicznych:

a) ściskanie, rozciąganie i skręcanie,
b) elastometria.

W cyklu 2022/23L:

I. Wstęp - Rodzaje, struktura, własności materiałów.

1. Rodzaje materiałów:

a) półprzewodniki,

b) metale i stopy,

c) ceramiki,

d) polimery,

e) materiały dielektryczne i ferroelektryczne,

f) nadprzewodniki,

g) materiały magnetyczne,

h) materiały optyczne,

2. Struktura i własności materiałów:

a) struktura kryształów,

b) wiązania w ciele stałym,

c) uporządkowanie i nie uporządkowanie w materii,

d) fonony,

e) procesy aktywowane termicznie, diagramy i przejścia fazowe,

f) elektrony w ciele stałym: elektryczne i termiczne własności,

g) optyczne własności materiałów,

h) magnetyczne własności materiałów,

i) mechaniczne własności materiałów.

3. Synteza i obróbka materiałów:

a) podstawowe informacje o syntezie i obróbce materiałów,

b) półprzewodniki,

c) metale i stopy,

d) ceramika i szkło,

e) polimery i związki organiczne.

II. Fizyczne metody charakteryzacji materiałów.

1. Techniki dyfrakcyjne:

a) dyfrakcja rentgenowska,

b) dyfrakcja elektronów niskiej energii,

c) dyfrakcja elektronów wysokiej energii,

d) neutronografia.

2. Spektroskopia optyczna:

a) spektroskopia w podczerwieni, zakresie widzialnym i ultrafiolecie,

b) elipsometria,

c) spektroskopia ramanowska,

d) luminescencja,

e) transmisja, absorpcja, odbicie,

f) nieliniowa spektroskopia optyczna.

3. Mikroskopia i spektroskopia elektronowa:

a) elektronowa mikroskopia skaningowa,

b) elektronowa mikroskopia transmisyjna,

c) fotoemisja,

d) spektroskopia Auger’a.

4. Mikroskopia powierzchni:

a) mikroskopia sił atomowych,

b) skaningowa mikroskopia tunelowa.

5. Metody analizy składu materiału:

a) spektrometria atomowa absorpcyjna i transmisyjna,

b) rentgenowska analiza fluorescencyjna,

c) spektrometria masowa.

6. Pomiary własności elektrycznych:

a) metody mostkowe,

b) metoda dwu- i czterokontaktowa,

c) metody bezkontaktowe,

d) metoda oparta na zjawisku Halla,

e) efekt Peltiera i przewodnictwo cieplne.

7. Pomiary własności magnetycznych:

a) magnetometr Fonera,

b) magnetometr R-VSM,

c) magnetometr Faradaya,

d) mostki zmiennoprądowe.

8. Pomiary własności mechanicznych:

a) ściskanie, rozciąganie i skręcanie,

b) elastometria.

W cyklu 2023/24L:

I. Wstęp - Rodzaje, struktura, własności materiałów.

1. Rodzaje materiałów:

a) półprzewodniki,

b) metale i stopy,

c) ceramiki,

d) polimery,

e) materiały dielektryczne i ferroelektryczne,

f) nadprzewodniki,

g) materiały magnetyczne,

h) materiały optyczne,

2. Struktura i własności materiałów:

a) struktura kryształów,

b) wiązania w ciele stałym,

c) uporządkowanie i nie uporządkowanie w materii,

d) fonony,

e) procesy aktywowane termicznie, diagramy i przejścia fazowe,

f) elektrony w ciele stałym: elektryczne i termiczne własności,

g) optyczne własności materiałów,

h) magnetyczne własności materiałów,

i) mechaniczne własności materiałów.

3. Synteza i obróbka materiałów:

a) podstawowe informacje o syntezie i obróbce materiałów,

b) półprzewodniki,

c) metale i stopy,

d) ceramika i szkło,

e) polimery i związki organiczne.

II. Fizyczne metody charakteryzacji materiałów.

1. Techniki dyfrakcyjne:

a) dyfrakcja rentgenowska,

b) dyfrakcja elektronów niskiej energii,

c) dyfrakcja elektronów wysokiej energii,

d) neutronografia.

2. Spektroskopia optyczna:

a) spektroskopia w podczerwieni, zakresie widzialnym i ultrafiolecie,

b) elipsometria,

c) spektroskopia ramanowska,

d) luminescencja,

e) transmisja, absorpcja, odbicie,

f) nieliniowa spektroskopia optyczna.

3. Mikroskopia i spektroskopia elektronowa:

a) elektronowa mikroskopia skaningowa,

b) elektronowa mikroskopia transmisyjna,

c) fotoemisja,

d) spektroskopia Auger’a.

4. Mikroskopia powierzchni:

a) mikroskopia sił atomowych,

b) skaningowa mikroskopia tunelowa.

5. Metody analizy składu materiału:

a) spektrometria atomowa absorpcyjna i transmisyjna,

b) rentgenowska analiza fluorescencyjna,

c) spektrometria masowa.

6. Pomiary własności elektrycznych:

a) metody mostkowe,

b) metoda dwu- i czterokontaktowa,

c) metody bezkontaktowe,

d) metoda oparta na zjawisku Halla,

e) efekt Peltiera i przewodnictwo cieplne.

7. Pomiary własności magnetycznych:

a) magnetometr Fonera,

b) magnetometr R-VSM,

c) magnetometr Faradaya,

d) mostki zmiennoprądowe.

8. Pomiary własności mechanicznych:

a) ściskanie, rozciąganie i skręcanie,

b) elastometria.

W cyklu 2024/25L:

I. Wstęp - Rodzaje, struktura, własności materiałów.

1. Rodzaje materiałów:

a) półprzewodniki,

b) metale i stopy,

c) ceramiki,

d) polimery,

e) materiały dielektryczne i ferroelektryczne,

f) nadprzewodniki,

g) materiały magnetyczne,

h) materiały optyczne,

2. Struktura i własności materiałów:

a) struktura kryształów,

b) wiązania w ciele stałym,

c) uporządkowanie i nie uporządkowanie w materii,

d) fonony,

e) procesy aktywowane termicznie, diagramy i przejścia fazowe,

f) elektrony w ciele stałym: elektryczne i termiczne własności,

g) optyczne własności materiałów,

h) magnetyczne własności materiałów,

i) mechaniczne własności materiałów.

3. Synteza i obróbka materiałów:

a) podstawowe informacje o syntezie i obróbce materiałów,

b) półprzewodniki,

c) metale i stopy,

d) ceramika i szkło,

e) polimery i związki organiczne.

II. Fizyczne metody charakteryzacji materiałów.

1. Techniki dyfrakcyjne:

a) dyfrakcja rentgenowska,

b) dyfrakcja elektronów niskiej energii,

c) dyfrakcja elektronów wysokiej energii,

d) neutronografia.

2. Spektroskopia optyczna:

a) spektroskopia w podczerwieni, zakresie widzialnym i ultrafiolecie,

b) elipsometria,

c) spektroskopia ramanowska,

d) luminescencja,

e) transmisja, absorpcja, odbicie,

f) nieliniowa spektroskopia optyczna.

3. Mikroskopia i spektroskopia elektronowa:

a) elektronowa mikroskopia skaningowa,

b) elektronowa mikroskopia transmisyjna,

c) fotoemisja,

d) spektroskopia Auger’a.

4. Mikroskopia powierzchni:

a) mikroskopia sił atomowych,

b) skaningowa mikroskopia tunelowa.

5. Metody analizy składu materiału:

a) spektrometria atomowa absorpcyjna i transmisyjna,

b) rentgenowska analiza fluorescencyjna,

c) spektrometria masowa.

6. Pomiary własności elektrycznych:

a) metody mostkowe,

b) metoda dwu- i czterokontaktowa,

c) metody bezkontaktowe,

d) metoda oparta na zjawisku Halla,

e) efekt Peltiera i przewodnictwo cieplne.

7. Pomiary własności magnetycznych:

a) magnetometr Fonera,

b) magnetometr R-VSM,

c) magnetometr Faradaya,

d) mostki zmiennoprądowe.

8. Pomiary własności mechanicznych:

a) ściskanie, rozciąganie i skręcanie,

b) elastometria.

W cyklu 2025/26L:

I. Wstęp - Rodzaje, struktura, własności materiałów.

1. Rodzaje materiałów:

a) półprzewodniki,

b) metale i stopy,

c) ceramiki,

d) polimery,

e) materiały dielektryczne i ferroelektryczne,

f) nadprzewodniki,

g) materiały magnetyczne,

h) materiały optyczne,

2. Struktura i własności materiałów:

a) struktura kryształów,

b) wiązania w ciele stałym,

c) uporządkowanie i nie uporządkowanie w materii,

d) fonony,

e) procesy aktywowane termicznie, diagramy i przejścia fazowe,

f) elektrony w ciele stałym: elektryczne i termiczne własności,

g) optyczne własności materiałów,

h) magnetyczne własności materiałów,

i) mechaniczne własności materiałów.

3. Synteza i obróbka materiałów:

a) podstawowe informacje o syntezie i obróbce materiałów,

b) półprzewodniki,

c) metale i stopy,

d) ceramika i szkło,

e) polimery i związki organiczne.

II. Fizyczne metody charakteryzacji materiałów.

1. Techniki dyfrakcyjne:

a) dyfrakcja rentgenowska,

b) dyfrakcja elektronów niskiej energii,

c) dyfrakcja elektronów wysokiej energii,

d) neutronografia.

2. Spektroskopia optyczna:

a) spektroskopia w podczerwieni, zakresie widzialnym i ultrafiolecie,

b) elipsometria,

c) spektroskopia ramanowska,

d) luminescencja,

e) transmisja, absorpcja, odbicie,

f) nieliniowa spektroskopia optyczna.

3. Mikroskopia i spektroskopia elektronowa:

a) elektronowa mikroskopia skaningowa,

b) elektronowa mikroskopia transmisyjna,

c) fotoemisja,

d) spektroskopia Auger’a.

4. Mikroskopia powierzchni:

a) mikroskopia sił atomowych,

b) skaningowa mikroskopia tunelowa.

5. Metody analizy składu materiału:

a) spektrometria atomowa absorpcyjna i transmisyjna,

b) rentgenowska analiza fluorescencyjna,

c) spektrometria masowa.

6. Pomiary własności elektrycznych:

a) metody mostkowe,

b) metoda dwu- i czterokontaktowa,

c) metody bezkontaktowe,

d) metoda oparta na zjawisku Halla,

e) efekt Peltiera i przewodnictwo cieplne.

7. Pomiary własności magnetycznych:

a) magnetometr Fonera,

b) magnetometr R-VSM,

c) magnetometr Faradaya,

d) mostki zmiennoprądowe.

8. Pomiary własności mechanicznych:

a) ściskanie, rozciąganie i skręcanie,

b) elastometria.

Całkowity nakład pracy studenta

- godziny realizowane z udziałem nauczycieli: 60h - czas poświęcony na pracę indywidualną potrzebny do pomyślnego zaliczenia przedmiotu: 40h - czas wymagany do przygotowania się i uczestnictwa w procesie oceniania: 30h - czas wymagany do odbycia obowiązkowych praktyk: 0h

Efekty uczenia się - wiedza

K_W04 Student rozumie rolę eksperymentu i symulacji komputerowych w procesie projektowania zagadnień inżynierskich; posiada świadomość ograniczeń technicznych i technologicznych aparatury w modelowaniu zjawisk fizycznych, obiektów technicznych i biologicznych. K_W05 Student zna mechanizmy i metody syntezy podstawowych materiałów, podział materiałów w oparciu o ich cechy strukturalne oraz posiada wiedzę w zakresie powiązań parametrów cząsteczkowych z właściwościami fizycznymi materiałów. K_W06 Student zna podstawowe pojęcia z zakresu struktury ciał stałych, nieorganicznych organicznych i nanomateriałów, ich syntezy oraz metod ich analizy. K_W09 Student zna podstawowe zasady charakteryzacji materiałów metodami fizycznymi i chemicznymi

Efekty uczenia się - umiejętności

K_U01 potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie K_U02 potrafi stosować podstawowe pakiety oprogramowania użytkowego do prezentacji wyników i analizy danych K_U03 ma umiejętność samokształcenia się, m.in. w celu podnoszenia kompetencji zawodowych K_U04 ma umiejętności językowe w zakresie dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów, zgodne z wymaganiami określonymi dla poziomu B2 Europejskiego Systemu Opisu Kształcenia Językowego K_U05 potrafi opracować dokumentację dotyczącą realizacji zadania inżynierskiego i przygotować tekst zawierający omówienie wyników realizacji tego zadania K_U06 potrafi przygotować i przedstawić krótką prezentację poświęconą wynikom realizacji zadania inżynierskiego używając specjalistycznej terminologii K_U07 potrafi wykorzystać w warunkach nie w pełni przewidywalnych poznane metody i modele matematyczne, a także symulacje komputerowe do analizy i oceny działania modelowanych układów

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K_K01 potrafi krytycznie ocenić posiadaną wiedzę i zna jej ograniczenia K_K02 potrafi precyzyjnie formułować pytania służące pogłębieniu zrozumienia danego tematu K_K03ma świadomość i zrozumienie społecznych aspektów praktycznego stosowania zdobytej wiedzy i umiejętności oraz związanej z tym odpowiedzialności K_K04 rozumie i docenia znaczenie prawnych aspektów prowadzenia badań oraz uczciwości intelektualnej K_K05ma świadomość wagi i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływu na środowisko i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje

Metody dydaktyczne

Metody dydaktyczne podające i poszukujące, samokształcenie.

Metody dydaktyczne podające

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład konwersatoryjny

Metody dydaktyczne poszukujące

- biograficzna
- obserwacji
- laboratoryjna
- referatu

Wymagania wstępne

1. Student zna prawa fizyki, termodynamiki, optyki geometrycznej i falowej oraz fotometrii, elektryczności i magnetyzmu; potrafi opisać zjawiska i procesy fizyczne. 2. Student zna jednostki układu SI i elementy teorii niepewności pomiarowych w zastosowaniu do analizy wyników eksperymentalnych. 3. Student zna podstawowe pakiety oprogramowania użytkowego do analizy i opracowania danych. 4. Student zna podstawowe zasady bezpieczeństwa i higieny pracy.

Koordynatorzy przedmiotu

Anna Zawadzka

Kryteria oceniania

Przedmiot składa się z 30 godzin wykładu i 30 godzin laboratorium. W ramach wykładu omówione zostaną poszczególne techniki pomiarowe. Zaprezentowane zostaną również istniejące w Instytucie Fizyki UMK odpowiednie aparatury pomiarowe oraz przebieg eksperymentów badania własności materiałów przy ich wykorzystaniu.

Po wstępnym zapoznaniu z tematyką studenci będą realizować w ramach laboratorium własny projekt badawczy oparty o ich indywidualne zainteresowania. Każdy student wykona nie mniej niż trzy próbki z proponowanych różnych klas materiałów analizę ich własności fizycznych. Dobór metod pomiarowych uzależniony będzie od wybranego materiału.

Pozytywne zaliczenie pracowni umożliwia podejście do egzaminu.

Metody oceniania:
Pisemny projekt - badanie wybranego materiału. Nauczyciel weryfikując realizację zadania sprawdza realizację efektów przedmiotowych: W1, W2, W3, W10, U1, U2, U3,U6, K1, K2, K3, K4

Egzamin w formie odpowiedzi ustnej. Tematyka związana z realizowanym projektem.

Praktyki zawodowe

nie dotyczy

Literatura

P.E.J. Flewitt, R.K. Wild - „Physical Method for Materials Characterisation”,

A. Zawadzka - „Cienkie warstwy i nanostruktury cienkowartswowe - eksperymentalne metody wytwarzania i badania własności".

A. Oleś – „Metody doświadczalne fizyki ciała stałego”,

W. Zieliński, A. Rajca i in. – „Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych”,

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0800-MMC w USOSweb