Uniwersytet Jagielloński w Krakowie - Punkt LogowaniaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Makromolekuły-fizyka polimerów

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: WFAIS.IF-IM124.0 Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Makromolekuły-fizyka polimerów
Jednostka: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Grupy: ZMiN, II st, II rok s. zim. kursy obow. specj. Zaawansowane materiały dla technologii inform.
Punkty ECTS i inne: 4.00
zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2020/2021" (w trakcie)

Okres: 2020-10-01 - 2021-01-28
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 15 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Andrzej Budkowski
Prowadzący grup: Andrzej Budkowski, Maciej Michalik
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Cele kształcenia:

Wprowadzenie do nauki o polimerach: makromolekułach syntentycznych ale także biomolekułach. Omówienie podstawowych idei i zagadnień dot.: 1) hierarchicznej struktury i stanów fizycznych, 2) rozmiaru, błądzenia przypadkowego, przejścia globulka-kłębek oraz właściwości przełączalnych, 3) dynamiki, lepkosprężystości i dyfuzji, 4) samo-organizacji nanostrukturyzowanych mieszanin polimerów i kopolimerów blokowych. Omówienie technik eksperymentalnych określających właściwości polimerów z zakresu podstawowych zagadnień. Demonstracja zastosowania idei wiedzy o polimerach w wytwarzaniu zaawansowanych materiałów i nano(bio)technologii, np. inteligentne polimerowe (bio)pokrycia, chromatografia żelowa, motory i zawory molekularne, samo-organizacja kompozytowych nanowarstw organicznej fotowoltaiki, elektroniki, i kryształów fotonicznych. Głębsze zrozumienie wytwarzania, struktur i właściwości materiałów omawianych w czasie innych wykładów nt. elektroniki organicznej, fotoniki i nanotechnologii.

Efekty kształcenia:

Efekty w zakresie:

I. Wiedzy – Student zna i rozumie: i) Podstawowe idee i zagadnienia dot.: 1) architektury polimeru i stanów fizycznych, 2) konformacji łańcucha i ich zmian, 3) dyfuzji: od dynamiki (dla różnych czasów) po termodynamikę, 4) samo-organizacji układów polimerów. ii) Kierunki rozwoju i najnowsze odkrycia nauki o polimerach i ich zastosowania w nanotechnologii i zaawansowanych materiałach. iii) Podstawowe techniki eksperymentalnymi

do określania właściwości polimerów z zakresu podstawowych zagadnień nauki o polimerach. iv) Zastosowania idei nauki o polimerach do mokrej

nanotechnologii (np. motory/zawory molekularne) i wytwarzania nanomaterialów funkcjonalnych (np. ogniwa słoneczne, elektronika, macierze białek) oraz biotechnologii (np. inteligentne pokrycia biomedyczne, chromatografia).

II. Umiejętności – Student potrafi: i) Przedstawić podstawowe aspekty najważniejszych zagadnień nauki o polimerach. ii) Ocenić wyniki obserwacji związanych z podstawowymi zagadnieniami z zakresu nauki o polimerach. iii) Odnieść zdobytą wiedzę, z interdyscyplinarnym spojrzeniem, do innych dyscyplin nauki.

III. Kompetencji społecznych – Student jest gotów do: i) w wykładach (przez prowadzenie notatek na wydrukach - udostępnianych przez prowadzącego).


Wymagania wstępne:

Ukończone studia Igo stopnia

Forma i warunki zaliczenia:

Zaliczenie z ćwiczeń; egzamin ustny w MS Teams

Metody sprawdzania i kryteria oceny efektów kształcenia uzyskanych przez studentów:

Egzamin ustny. Dodatkowo ocena może być podwyższona (maksymalnie o 1 w skali 2-5) przy wysokiej ocenie testów/ quizów podawanych przez prowadzącego po każdym z wykładów w MS Forms.

Terminy egzaminów i zaliczeń:

Po konsultacjach w dniu 2.12.20 ustalono egzamin w dniach 1 i 10 lutego 2020

Metody dydaktyczne:

1. Wykład z prezentacją multimedialną (nagrania wykładów osiągalne dla członków zespołu MS TEAMS: Makromolekuły WFAIS.IF-B126.1,-Y308.0, -IM124.0); 2. Wydruki prezentacji kolejnych wykładów (do pobrania http://www.polyfilms.if.uj.edu.pl/dydaktyka LUB w zespole w MS TEAMS: Makromolekuły WFAIS.IF-B126.1,-Y308.0, -IM124.0); 3. Testy/quizy w MS FORMS rozsyłane emailem do członków zespołu w MS TEAMS: Makromolekuły WFAIS.IF-B126.1,-Y308.0, -IM124.0); 4. Ćwiczenia laboratoryjne do wykładu (15h, prowadzi dr Maciej Michalik) na zespole MS TEAMS: Makromolekuły - ćwiczenia).

Sylabus przedmiotu dla studentów rozpoczynających studia od roku akademickiego 19/20 lub później:

zaawansowane materiały i nanotechnologia, rok 2

Pełny opis:

I. ARCHITEKTURA, STAN FIZYCZNY, MASA CZĄSTECZKOWA. I.1. ARCHITEKTURA MOLEKULARNA. Struktura topologiczna i chemiczna. Izomerie konfiguracyjne (przestrzenna; sekwencyjna; stereoizometria). Izomeria konformacyjna (giętkość i kształt makromolekuł; izomery rotacyjne a krotność wiązania). Wielopoziomowa struktura polimeru (konfiguracja; konformacja; agregacja; mikromorfologia, morfologia). I.2. STANY FIZYCZNE POLIMERÓW. Stany fizyczne w fazach skondensowanych (szklisty, elastyczny, plastyczny, stopiony) a zależność modułu od temperatury. Elastomery, termo- i duro-plasty. Stany fizyczne w roztworach (rozcieńczony, semi-rozcieńczony, semi-stężony; ciekłokrystaliczny). I.3. ROZKŁAD I POMIARY MASY CZĄSTECZKOWEJ. Liczbowo-, wagowo-, lepkościowo- średnia masa cząsteczkowa. Indeks polidyspersyjności. Osmometria membranowa, rozpraszanie promieniowania, lepkość istotna. Chromatografia żelowa i spektrometria masowa.

II.1. KONFORMACJE ŁAŃCUCHA IDEALNEGO. Modele łańcucha idealnego: model łańcucha swobodnie związanego (stosunek Flory'ego, segment Kuhna). Promień bezwładności. Funkcja rozkładu, energia swobodna i elastyczność łańcucha idealnego. II.2. KONFORMACJE ŁAŃCUCHA RZECZYWISTEGO; PRZEJŚCIA KONFORMACYJNE POLIMERÓW SYNTETYCZNYCH. Konformacja łańcuchów izolowanych (w roztworach rozcieńczonych): Objętość wyłączona. Uogólniony model Flory'ego. Przejścia konformacyjne globulka - kłębek kłębek spuchnięty, ich obserwacja i zastosowanie w nanotechnogii. Przejście helisa-kłębek. II.3. PRZEJŚCIA KONFORMACYJNE BIOMOLEKUŁ; POMIARY ROZMIARÓW ŁAŃCUCHA. Denaturacja DNA. Formowanie stanu globularnego DNA. De/re/naturacja i /roz/fałdowanie się białek. Konformacja łańcuchów nieizolowanych: Stopy. Roztwór półrozcieńczony, szkic wykresu pseudofazowego. Pomiary rozmiarów makromolekuł z lepkości istotnej (równania Flory-Foxa i Marka-Houwinka), z rozpraszania promieniowania (prawo Guiniera, wykres Zimma).

III. DYNAMIKA ŁAŃCUCHA I DYFUZJA POJEDYNCZEJ MAKROCZĄSTECZKI. III.1. DYNAMIKA POLIMERU NIE-SPLĄTANEGO. Mechanizm dyfuzyjny dla cząstki koloidalnej, różnice dla polimeru. Model Rouse'a (stopy) i Zimm'a (roztwory rozcieńczone). Mody relaksacyjne i mechanizmy subdyfuzyjne. Reżimy czasowe segmentu. III.2. DYNAMIKA POLIMERU SPLĄTANEGO. REPTACJA POLIMERÓW. Splątanie łańcuchów, rura ograniczająca (Edwards'a) i reptacja (de Gennes'a). Mechanizmy sub-dyfuzyjne i reżimy czasowe. Uwolnienie ograniczeń topologicznych. Dyfuzja wskaźnikowa i samo-dyfuzja, kinetyczne aspekty dyfuzji. Elektroforeza żelowa. III.3. RÓWNOWAŻNOŚĆ CZASOWO-TEMPERATUROWA; REPTACJA A LEPKO-SPRĘŻYSTOŚĆ POLIMERÓW. Odzwierciedlenie w zależności modułu od czasu. Zależność temperaturowa czasu relaksacji, współczynnika tarcia i dyfuzji. Równoważność czasowo-temperaturowa.

IV. SAMO-ORGANIZACJA MAKROMOLEKUŁ. IV.1. MIESZANINY POLIMERÓW: TERMODYNAMIKA. Makro- i mikro-fazy układu polimerów. Model sieciowy Flory-Hugginsa (parameter Flory-Hugginsa). Entalpia swobodna a warunki równowagi faz: Binoda, spinoda, punkt krytyczny. Diagramy fazowe. IV.2. MIESZANINY POLIMERÓW: MAKRO-SEPARACJA FAZOWA.Metody inicjacji separacji. Dwa typy separacji: Nukleacja i wzrost. Rozkład spinodalny i jego 3 etapy. Rosnąca skala struktury. Skalowanie dynamiczne. IV.3. UKŁADY KOPOLIMERÓW BLOKOWYCH: MIKRO-SEPARACJA FAZOWA. Entalpia swobodna układu jednoskładnikowego. Morfologia mikrofaz a architektura dwubloków, analogia do molekuł amfifilowych. Przejście nieporządek porządek. Określona skala struktury. Wymuszanie uporządkowania dalekiego zasięgu. Morfologia mikrofaz trójbloków. Zastosowania w nanotechnologii.

V. DYFUZJA WZAJEMNA I JEJ ASPEKTY TERMODYNAMICZNE. Termodynamika procesów nieodwracalnych a prawa Ficka. Dyfuzja wzajemna: jej relacja z samodyfuzją i dyfuzją wskaźnikową. Termodynamiczne przyspieszenie i opóźnienie. Dyfuzja ujemna (pod górkę). Dyfuzja zniesiona. Nie-fickowskie profile koncentracji.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE obejmują wykonanie i analizę doświadczeń związanych z kursem, na przykład zestaw: i) Wyznaczanie temperatury zeszklenia polimeru (W zależności od grubości warstwy​); ii) Wyznaczanie zależności parametru oddziaływania w funkcji ciśnienia par​ rozpuszczalnika (dla DNA, PS); iii) Separacja fazowa polimerów i analiza domen polimerowych (w zależności od proporcji polimerów​).

Literatura:

Obowiązkowa

A.Y. Grosberg, A.R. Khoklov, Giant molecules, Academic Press 1997

M. Rubinstein, R. H. Colby, Polymer physics, Oxford Univ. Press, New York 2003

Dodatkowa

H. Galina — Fizyka materiałów polimerowych. Makroczasteczki i ich układy, Warszawa, 2008, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Jagielloński w Krakowie.