Prowadzony w cyklu: 2026/27L

Kod ISCED: 0538

Punkty ECTS: 4

Język: polski

Organizowany przez: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej

Pracownia inżynierii nanostruktur i technik pomiarowych 0800-PRINANO

Laboratorium obejmuje wykonanie czterech z kilku proponowanych ćwiczeń w Zespołach Badawczych znajdujących się na WFAiIS UMK oraz w innych zewnętrznych instytucjach naukowych i/lub firmach prywatnych.

Celem ćwiczeń jest zapoznanie się z technikami pomiarowymi i aparaturą badawczą. W zależności od dokonanego wyboru ćwiczeń mogą to być między innymi:
- proces PVD,
- mikroskopia optyczna szerokiego pola,
- mikroskopia sił atomowych,
- szczypce optyczne, ZSCAN,
- radiometria w podczerwieni,
- szerokopolowa tomografia koherencyjna,
- spektrometr,
- spektrofluorymentr.
Ponadto studenci zapoznają się z procesem wytwarzania różnego rodzaju nanostruktur, w tym nanostruktur hybrydowych opartych o nanocząstki metaliczne i/lub fluoryzujące kompleksy fotosyntetyczne.

Zagadnienia (w zależności od dokonanego wyboru ćwiczeń) obejmują:
- zjawisko plazmonowo wzmocnionej fluorescencji (MEF)
- nanostruktury hybryfowe,
- nanostruktury i nanocząstki plazmoniczne
- szerokopolowa mikroskopia optyczna
- elektroeksfoliacja grafenu
- interferometria światła o niskiej spójności
- zlokalizowany rezonans plazmonowy
- efekt fototermiczny
- przewodnictwo cieplne
- szczypce optyczne
- proces PVD
- organiczna dioda świecąca OLED
- laserowy druk nanostruktur srebra

Całkowity czas poświęcony na wykonanie jednego eksperymentu to 15 godzin. Szczegółowy opis zajęć podany jest w części dotyczącej danego roku akademickiego i może ulegać zmianie w związku z postępem w nauce i aktualizacją metod wytwarzania nanostruktur czy technik pomiarowych.

W cyklu 2026/27L:

Laboratoria WFAiIS (do wyboru 2 z 5):

Laboratorium 1: Katedra Nanofotoniki / II Pracownia Fizyczna
opiekun: dr hab. Dawid Piątkowski, prof. UMK

Szczypce optyczne (optical tweezers)

W doświadczeniu studenci będą poznawali zasadę działania szczypiec optycznych. Będą uczyli się jak justować układ optyczny i przygotować próbkę aby zapewnić chwytanie mikroskopowych obiektów światłem. Będą badać ruchy Browna oraz siłę z jaką próbki - mikrokulki polistyrenowe - są utrzymywane w pułapce światła widzialnego. Wykonanie ćwiczenia obejmuje podlegającą ocenie dyskusję na temat zagadnień teoretycznych i eksperymentalnych związanych z doświadczeniem, wykonanie eksperymentu oraz przygotowanie podlegającego ocenie raportu z przeprowadzonych doświadczeń.

Laboratorium 2: Katedra Fizyki Stosowanej / Katedra Automatyki i Systemów Pomiarowych
opiekunowie: dr hab. Anna Zawadzka, prof. UMK i dr Przemysław Płóciennik

Technologia złącz: p-n i m-n.

W ramach ćwiczenia wykonane zostaną ww. prototypowe struktury złącz przy wykorzystaniu procesu PVD (fizycznego osadzania z fazy gazowej) w środowisku wysokiej próżni. Jako złącze p-n (p ,n -półprzewodniki o różnym domieszkowaniu) wykonana zostanie struktura organicznej diody świecącej (OLED). Jako złącze m-n (metal-półprzewodnik n) wykonana zostanie struktura prostującej diody Schottky’ego. Po wytworzeniu struktur zbadane zostaną ich charakterystyki prądowo-napięciowe.

Laboratorium 3: Katedra Nanofotoniki
opiekun: dr inż. Marcin Szalkowski

Wytworzenie nanostruktur srebra metodą druku laserowego oraz ich zastosowanie do detekcji barwników organicznych.

Eksperyment polega na wytworzeniu metodą druku laserowego nanostruktur srebra oraz modyfikacji chemicznej ich powierzchni w sposób umożliwiający trwałe związanie komplementarnych struktur biologicznych zawierających barwniki organiczne. Wytworzone struktury zostaną następnie zbadane metodami mikroskopii fluorescencyjnej w celu wykazania przyłączenia kompleksów biologicznych do nanostruktur srebra. Eksperyment stanowi wprowadzenie w technologię wytwarzania nanostruktur funkcjonalnych, demonstruje ich zastosowanie w biosensoryce oraz umożliwia zapoznanie się ze zjawiskami fizycznymi charakterystycznymi dla nanostruktur.

Laboratorium 4: Katedra Nanofotoniki
opiekun: dr hab. Dorota Kowalska, prof. UMK

Plazmonowo wzmocniona fluorescencja nanostruktury hybrydowej SIF-PCP.

Ćwiczenie polega na syntezie warstwy srebrnych wysp (z ang. Silver Island Film) i pokryciu go cienką warstwą polimeru PVA zawierającego fluoryzujące kompleksy fotosynteczne Perydynina-Chlorofil-Białko (PCP). Studenci samodzielnie przeprowadzą syntezę, scharakteryzują własności spektralne PCP na spektrofluorymetrze i spektrometrze, a następnie wytworzą nanostrukturą hybrydową z użyciem powlekarki obrotowej i przeprowadzą eksperymenty z użyciem mikroskopu sił atomowych oraz optycznego mikroskopu szerokiego pola.

Laboratorium 5: Katedra Fizyki Stosowanej
opiekun: dr hab. inż. Michał Pawlak, prof. UMK

Badanie właściwości termicznych i elektrycznych nanowarstw.

Tematem zadania na pracowni będzie wykonanie figure of merit dla współczesnych nanomateriałów mających zastosowanie w termoelektryczności. W pierwszej kolejności studenci wyznaczą przewodnictwo cieplne prostopadle do powierzchni przy użyciu radiometrii w podczerwieni (5 h) następnie przewodnictwo cieplne równolegle do powierzchni przy użyciu termoodbicia (5h). Kolejnym etapem będzie wyznaczenie power factor (iloczynu przewodnictwa elektrycznego i kwadratu wspł. Seebecka) (5 h).

Laboratoria obowiązkowe w zewnętrznych instytucjach naukowych (6 i 7):

Laboratorium 6
Sieć Badawcza Łukasiewicza - Instytut Materiałów Polimerowych

Laboratorium 7
Sieć Badawcza Łukasiewicza - Warszawski Instytut Technologiczny

Całkowity nakład pracy studenta

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (godziny kontaktowe): 60 godz. Czas poświęcony na pracę indywidualną: 30 godz. Czas wymagany do przygotowania się i uczestnictwa w procesie oceniania: 30 godz. Łącznie: 120 godz. (4 ECTS)

Efekty uczenia się - wiedza

W1: Posiada wiedzę z wybranych zakresów tematycznych w zależności od wybranego eksperymentu: - nanostruktury hybryfowe, - nanostruktury i nanocząstki plazmoniczne - szerokopolowa mikroskopia optyczna - interferometria światła o niskiej spójności - zlokalizowany rezonans plazmonowy - efekt fototermiczny - przewodnictwo cieplne - szczypce optyczne - organiczna dioda świecąca OLED realizuje efekt kierunkowy K_W02 W2: Rozumie rolę eksperymentu w procesie projektowania zagadnień inżynierskich oraz posiada wiedzę o ograniczeniach technicznych i technologicznych używanej w eksperymencie aparatury – realizuje efekt kierunkowy K_W04 W3: Posiada zaawansowaną wiedzę z zakresu fizyki niezbędną do zrozumienia podstawowych procesów technologicznych takich jak - proces PVD, laserowy druk nanostruktur srebra– realizuje efekt kierunkowy K_W09

Efekty uczenia się - umiejętności

U1: Potrafi obliczać stężenia molowe roztworów i przyrządzać roztwory o zadanym stężeniu, U2: potrafi przygotować i wykonać samodzielnie eksperyment przy użyciu aparatury badawczej, a także opracować wyniki eksperymentów – realizuje efekty kierunkowe K_U02, K_U03, K_U04, K_U07, K_U08, K_U13. U3: Potrafi zaplanować eksperyment badawczy pogłębiając wiedzę przy pomocy literatury fachowej, zna właściwą terminologię i rozumie potrzebę dalszego kształcenia – realizuje efekty kierunkowe K_U05, K_U14 i K_U15. U4: Dzięki eksperymentom wykonywanym w małych grupach badawczych potrafi pracować zespołowo i określać priorytety służące realizacji zadań planując ich kolejność – realizuje efekt kierunkowy K_U16

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1: Zna ograniczenia własnej wiedzy w zakresie wytwarzania nanostruktur i nanostruktur hybrydowych oraz nowoczesnych technik pomiarowych pozwalających na określenie własności fizykochemicznych wytworzonych nanostruktur – realizuje efekt kierunkowy K_K01 K2: Współpracując w grupie badawczej potrafi budować relacje międzyludzkie w ramach pracy zespołowej – realizuje efekt kierunkowy K_K05

Koordynatorzy przedmiotu

Dorota Kowalska

Metody dydaktyczne

1. Eksponujące: pokaz. 2. Podające: opis, pogadanka, wykład problemowy. 3. Poszukujące: doświadczeń, laboratoryjna, obserwacji, projektu.

Metody dydaktyczne eksponujące

- pokaz

Metody dydaktyczne podające

- wykład problemowy
- opis
- pogadanka

Metody dydaktyczne poszukujące

- doświadczeń
- projektu
- laboratoryjna
- obserwacji

Rodzaj przedmiotu

przedmiot obligatoryjny

Wymagania wstępne

Znajomość praw fizyki i chemii po pierwszym roku Inżynierii Nanostruktur.

Kryteria oceniania

Studenci przygotowują się do ćwiczeń według wytycznych przekazanych przez prowadzących laboratoria. Podczas zajęć prowadzący objaśniają zasady działania aparatury badawczej i metody wytwarzania nanostruktur oraz dyskutują ze studentami.
Studenci pod opieką prowadzących wykonują samodzielne eksperymenty badawcze, opracowują i analizują uzyskane dane pomiarowe oraz przygotowują pisemny sprawozdanie. Każdy z przeprowadzonych czterech eksperymentów otrzymuje jedną oceną wystawioną przez prowadzącego dane laboratorium na podstawie raportu, przygotowania do zajęć i pracy w laboratorium.

Wszystkie cztery ćwiczenia muszą zostać zaliczone na ocenę pozytywną. Ocenę końcową wystawia koordynator przedmiotu na podstawie średniej oceny z czterech ćwiczeń wg skali:
od 4,74 ocena bdb
od 4,25 ocena db+
od 3,74 ocena db
od 3,25 ocena dst+
od 3,00 ocena dst

Praktyki zawodowe

nie dotyczy

Literatura

Literatura niezbędna do przygotowania się do laboratorium jest opracowana przez prowadzących poszczególne ćwiczenia i przekazywana studentom minimum jeden tydzień przed rozpoczęciem danych zajęć. Literatura obejmuje zarówno podręczniki akademickie, publikacje naukowe i/lub fragmenty prac doktorskich i dyplomowych.

Więcej informacji

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

Strona przedmiotu 0800-PRINANO w USOSweb