47319 Funktionelle materialer

2021/2022

Kurset vil give dig en fundamental forståelse af anvendelsen og beskrivelsen af funktionelle materialer samt et godt udgangspunkt for at arbejde med energiteknologier som batterier, brændselsceller og termoelektriske generatorer.
Kursusinformation
Functional materials
Engelsk
5
Kandidat
Kurset udbydes som enkeltfag
F1A (man 8-12)
Campus Lyngby
Forelæsninger, opgaveregning og casestudier
"Muddiest points" og midtvejsevaluering vil blive anvendt til feedback mellem undervisere og studerende.
13-uger
F1A
Mundtlig eksamen og bedømmelse af rapport(er)
Hvis der er flere end 34 deltagere, vil den mundtlige eksamen blive erstattet af en skriftlig eksamen - de studerende vil få besked den første undervisningsdag. Ved karaktergivning anvendes en helhedsvurdering af mundtlig eksamen og bedømmelse af én rapport.
20 min
Alle hjælpemidler er tilladt
7-trins skala , ekstern censur
47307
Bachelor i Fysik og Nanoteknologi eller Kemi og Teknologi eller Produktion og Konstruktion eller Elektroteknologi eller General Engineering eller tilsvarende
Minimum 10
Peter Vang Hendriksen , Lyngby Campus, Bygning 310, Tlf. (+45) 4677 5725 , pvhe@dtu.dk
Nini Pryds , Lyngby Campus, Bygning 310, Tlf. (+45) 4677 5752 , nipr@dtu.dk
Vincenzo Esposito , Lyngby Campus, Bygning 310, Tlf. (+45) 4677 5637 , vies@dtu.dk
47 Institut for Energikonvertering- og lagring
I studieplanlæggeren
Kontakt underviseren for information om hvorvidt dette kursus giver den studerende mulighed for at lave eller forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk
Overordnede kursusmål
Kurset sigter mod at give den studerende en forståelse af beskrivelsen og anvendelsen af funktionelle materialer i eksisterende såvel som nye energiteknologier som fastoxidbrændselsceller, Li-ionbatterier, piezoelektriske generatorer, termoelektriske generatorer og solceller. Det er ambitionen at udbrede dit kendskab til materialer og anvendt faststofkemi/​faststoffysik og træne dig i anvendelsen af din viden til dels at beskrive teknologiernes virkemåde, dels at foreslå forbedringer.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • Beskrive krystalstrukturen af uorganiske faste materialer og redegøre for betydningen af punktdefekter
  • Beskrive de vigtigste typer af krystaldefekter i funktionelle oxider og deres betydning for ladningstransport og faststofkemiske processer
  • Differentiere mellem isolatorer, halvledere, metaller og ionledende materialer
  • Forklare betydningen af “ikke-støkiometri” i batteri- og brændselscellematerialer
  • Skelne mellem elektrisk, kemisk og elektrokemisk transport og forklare, hvordan man måler diffusionskoefficienter
  • Beskrive ”CALPHAD”-metoden og dens relevans inden for faststofkemi
  • Forklare termoelektrisk og piezoelektrisk effekt
  • Analysere betydningen af forskellige materialeegenskaber for designet af en piezoelektrisk enhed
  • Relatere ydelsen af en termoelektrisk generator til de underliggende materialeegenskaber
  • Formulere kriterier for valget af funktionelle materialer til specifikke anvendelser i batterier og brændselsceller
Kursusindhold
Kursets fokus er på materialeegenskaber af faste krystallinske uorganiske materialer. Beskrivelsen af krystalstrukturer, punktdefekter og defektkemi gennemgås grundigt med henblik på at gøre den studerende i stand til at bruge disse begreber i beskrivelsen af funktionelle materialer og deres anvendelse i diverse energiteknologier. Metoder til at klassificere materialer ud fra deres elektronstruktur/​ledningsevne beskrives og suppleres med elementer fra anvendt termodynamik, der er centrale for forståelsen af koblingsfænomener såsom termoelektrisk og piezoelektrisk effekt. Eksempler på materialer og foretrukne modelbeskrivelser vil tage udgangspunkt i vores forskning inden for brændselsceller, avancerede Li-ionbatterier, solceller, piezoelektriske generatorer og termoelektriske generatorer. Kurset vil bestå af forelæsninger såvel som opgaveløsning. Som en del af kurset vil de studerende arbejde med et eget projekt, der går på at designe, på papiret, en hel funktionel enhed inden for en af de adresserede anvendelser (termoelektriske generatorer, Li-ionbatterier, fastoxidbrændselsceller, solceller og piezoelektriske generatorer). De studerende vil arbejde enkeltvis eller i grupper og under supervision med dette. Formålet med dette projekt er at arbejde aktivt med de begreber og beskrivelser, der præsenteres i kurset.
Litteraturhenvisninger
"Solid State Chemistry and its Applications", 2nd Edition, Student Edition, Anthony R. West, Wiley. Bogen er online tilgængelig via DTU Bibliotek.
Kopieret materiale/kompendium.
Bemærkninger
Interesserede studerende henvises desuden til kurset 47313, som supplerer dette kursus med praktiske øvelser og fokuserer på anvendelsesmuligheder.
Sidst opdateret
26. april, 2021